FR2994226A1

FR2994226A1 - ENERGY PRODUCTION INSTALLATION

Info

Publication number: FR2994226A1
Application number: FR1202151A
Authority: FR
Inventors: Pierre Dumas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-02-07
Also published as: FR2994224A1; WO2014020241A2; WO2014020241A3

Abstract

Cette installation utilise la pression atmosphérique pour faire franchir à un liquide situé à un niveau bas différentes marches qui lui permettront d'atteindre un niveau haut. Chaque marche comprend un réservoir intermédiaire placé à une hauteur H par rapport au niveau précédent et une canalisation d'aspiration. Un dispositif de production de vide permet l'élévation du liquide dans le réservoir intermédiaire et on le remet à la pression atmosphérique. Cette énergie potentielle peut être utilisée comme telle ou bien être transformée non seulement en énergie mécanique via une conduite forcée et une turbomachine ; mais aussi en énergie électrique en utilisant un turboalternateur. Dans ces derniers cas, une conduite de retour dans le réservoir inférieur permet de réaliser l'autonomie et la mobilité de l'installation. Ce procédé représente le juste nécessaire pour produire de grandes quantités d'énergie électrique. Il permet aussi de réaliser des véhicules autonomes.This installation uses the atmospheric pressure to move a liquid located at a low level different steps that will allow it to reach a high level. Each step comprises an intermediate reservoir placed at a height H relative to the previous level and a suction pipe. A vacuum producing device allows the elevation of the liquid in the intermediate tank and is returned to atmospheric pressure. This potential energy can be used as such or be transformed not only into mechanical energy via a penstock and a turbomachine; but also in electrical energy using a turboalternator. In these latter cases, a return pipe in the lower tank makes it possible to achieve autonomy and mobility of the installation. This process is the right one needed to produce large amounts of electrical energy. It also allows for autonomous vehicles.

Description

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne de manière générale les installations de production d'énergie à partir d'une énergie renouvelable. L'invention concerne plus particulièrement une installation autonome de production d'énergie qui utilise la pression atmosphérique pour fournir à un liquide une énergie potentielle en l'élevant d'un niveau bas à un niveau haut. Cette énergie potentielle pourra être utilisée en tant que telle ou être transformée en énergie mécanique ou en énergie mécanique puis électrique. La pression atmosphérique existant d'une manière permanente sur toute la surface de la terre, la présente invention trouve son application dans des installations fixes ou mobiles. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Il existe de nombreux sites qui utilisent l'évaporation et l'élévation naturelle de l'eau puis sa condensation et sa chute sous forme de pluie pour récupérer dans un barrage de l'eau en altitude afin d'utiliser son énergie potentielle pour produire de l'électricité. Lorsque dans un pays les sites géographiques sont épuisés et comme il n'y a pas toujours une bonne corrélation entre les périodes de production et celles d'utilisation, les énergéticiens stockent de l'énergie en réalisant des -Centrales d'accumulation par pompage- dont le fonctionnement est basé sur l'utilisation de l'énergie électrique d'un prix réduit produite durant les heures creuses (de faible consommation) pour pomper de l'eau d'un niveau bas vers un niveau haut afin de pouvoir turbiner cette eau durant les heures de pointe (de forte consommation). La différence des tarifs permettant d'obtenir un bilan financier positif malgré un bilan énergétique négatif. Les énergies renouvelables ne sont pas directement utilisées sur des véhicules.TECHNICAL FIELD The present invention generally relates to installations for producing energy from renewable energy. More particularly, the invention relates to an autonomous power generation installation that uses atmospheric pressure to supply a liquid with potential energy by raising it from a low level to a high level. This potential energy can be used as such or be transformed into mechanical energy or mechanical energy then electrical. Since the atmospheric pressure exists permanently over the entire surface of the earth, the present invention finds its application in fixed or mobile installations. STATE OF THE PRIOR ART There are many sites that use evaporation and the natural rise of the water then its condensation and its fall in the form of rain to recover in a dam of water at altitude in order to use its water. potential energy to produce electricity. When in a country the geographical sites are exhausted and as there is not always a good correlation between the periods of production and those of use, the energeticians store energy by realizing -Compression of accumulation by pumping- whose operation is based on the use of low cost electrical energy produced during off-peak hours (low consumption) to pump water from a low level to a high level in order to be able to turbinate this water during peak hours (high consumption). The difference in tariffs to obtain a positive balance sheet despite a negative energy balance. Renewable energies are not directly used on vehicles.

EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention remédie à ces inconvénients car elle permet de fournir à tout moment et avec un bilan énergétique positif une énergie potentielle à un liquide. Elle part du « La nature a horreur du vide » d'Aristote qui avait constaté que si l'on faisait du vide à l'extrémité libre d'un tube plongé dans l'eau, cette dernière montait dans le tube. Cette expérience fut par la suite précisée par Torricelli qui a montré que dans les meilleures conditions, la pression atmosphérique ne permettait d'obtenir qu'une hauteur maximale H de 0,76 mètre avec du mercure soit 10 mètres avec de l'eau. La présente invention permet de pulvériser ce plafond H qui limite l'exploitation de ce phénomène particulièrement intéressant car la quantité d'énergie nécessaire pour faire ou maintenir le vide est bien inférieure à la quantité d'énergie fournie au fluide par la pression atmosphérique. L'invention concerne plus particulièrement une installation qui permet d'apporter à un liquide une énergie potentielle. Elle comprend : - un réservoir infèrieur dont le niveau représente l'altitude du niveau bas de l'installation, - un réservoir supèrieur dont le niveau représente l'altitude du niveau haut de l'installation, -2- - plusieurs marches d'escalier qui sont successivement franchies par le liquide ce qui l'élève depuis le réservoir infèrieur jusqu'au réservoir supèrieur. Chaque marche est formée d'un réservoir intermédiaire placé à une hauteur H par rapport au niveau du réservoir précédent. Outre une canalisation d'aspiration qui les relie, le réservoir intermédiaire est équipé de dispositifs nécessaires pour le remplir par aspiration et pour remettre le liquide qu'il contient à l'air libre. La hauteur H dépend de la densité du liquide utilisé et de la valeur de la pression atmosphérique. Le nombre de marches d'escalier est égal à la différence d'altitude entre les niveaux haut et bas divisée par la hauteur H. Nous aurons au minimum une marche d'escalier car des brevets existent déjà pour une telle production d'énergie lorsque la différence entre des niveaux haut et bas est inférieure à H. Nous réalisons ainsi un escalier d'élévation de liquide qui élève d'une manière continue le liquide d'un niveau bas à un niveau haut avec un bilan énergétique positif. Notons que la variation de la pression atmosphérique est peu significative sur les différences d'altitudes de quelques dizaines voire quelques centaines de mètres que nécessite cette installation. L'énergie fournie au liquide dépend de la densité du fluide utilisé, de l'accélération de la pesanteur et de la différence d'altitude entre les niveaux haut et bas de l'installation. Selon un premier mode particulier de réalisation de l'invention, le réservoir intermédiaire de chaque marche est formé d'un réservoir ouvert et l'on a placé à l'extrémité supèrieure de la canalisation d'aspiration qui lui est associée une pompe autoamorçante dont la mise en service produit le vide qui induit l'élévation du liquide dans cette canalisation. En sortie de pompe, le liquide remplit le réservoir intermédiaire. Un automatisme de régulation commande la pompe afin de maintenir le niveau du réservoir intermédiaire dans la fourchette de niveaux désirée. Dans la dernière marche, le réservoir supèrieur remplace le réservoir intermédiaire. Si la pompe n'est pas autoamorçante, il faudra rajouter un dispositif de mise sous vide de l'extrémité supèrieure du tuyau d'aspiration pour amorcer le système au démarrage.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention overcomes these disadvantages because it allows to provide at any time and with a positive energy balance a potential energy to a liquid. It starts from Aristotle's "Nature abhors the emptiness" which had found that if one made a vacuum at the free end of a tube immersed in water, the latter rose into the tube. This experiment was later specified by Torricelli who showed that under the best conditions, the atmospheric pressure allowed to obtain a maximum height H of 0.76 meter with mercury or 10 meters with water. The present invention makes it possible to spray this ceiling H which limits the exploitation of this particularly interesting phenomenon because the amount of energy required to make or maintain the vacuum is much lower than the amount of energy supplied to the fluid by the atmospheric pressure. The invention relates more particularly to an installation that makes it possible to supply a liquid with potential energy. It comprises: - a lower tank whose level represents the altitude of the low level of the installation, - a top tank whose level represents the altitude of the high level of the installation, -2- - several steps which are successively crossed by the liquid which raises it from the lower tank to the upper tank. Each step is formed of an intermediate reservoir placed at a height H relative to the level of the preceding reservoir. In addition to a suction line that connects them, the intermediate tank is equipped with necessary devices to fill it by suction and to return the liquid it contains to the open air. The height H depends on the density of the liquid used and the value of the atmospheric pressure. The number of steps is equal to the difference in altitude between the high and low levels divided by the height H. We will have at least one stair step because patents already exist for such energy production when the the difference between high and low levels is less than H. We thus realize a liquid elevation ladder that continually raises the liquid from a low level to a high level with a positive energy balance. It should be noted that the variation of the atmospheric pressure is not very significant on the differences of altitudes of some tens or even hundreds of meters that this installation requires. The energy supplied to the liquid depends on the density of the fluid used, the acceleration of gravity and the difference in altitude between the high and low levels of the installation. According to a first particular embodiment of the invention, the intermediate tank of each step is formed of an open tank and a self-priming pump has been placed at the upper end of the suction pipe associated therewith. the commissioning produces the vacuum which induces the rise of the liquid in this pipe. At the pump outlet, the liquid fills the intermediate tank. A control automation controls the pump to maintain the level of the intermediate tank within the desired range of levels. In the last step, the upper tank replaces the intermediate tank. If the pump is not self-priming, it will be necessary to add a device for evacuating the upper end of the suction pipe to prime the system at start-up.

Selon un second mode particulier de réalisation de l'invention, le réservoir intermédiaire de chaque marche est formé d'un réservoir fermé équipé de canalisations et vannes commandées par un automatisme qui réalise le cycle d'élévation à savoir : - ouverture de la vanne placée sur sa canalisation d'aspiration et de la vanne qui permet de le connecter à une centrale annexe de production de vide ce qui entraîne le remplissage du réservoir, - en fin de remplissage, fermeture de ces deux vannes puis ouverture de la vanne qui permet de réaliser sa mise à l'air libre et de la vanne placée sur la canalisation d'aspiration du réservoir supèrieur afin de permettre la réalisation du cycle suivant d'élévation. Selon un premier usage particulier de cette installation on utilise directement l'énergie potentielle du liquide pour, par exemple, alimenter en eau un canal d'irrigation. On choisira alors le premier mode de réalisation de l'escalier d'élévation de liquide. Selon un deuxième usage particulier de cette installation, on utilise l'énergie potentielle du liquide pour produire de l'énergie mécanique. On choisit le mode de réalisation de l'escalier d'élévation de liquide qui convient le mieux et on complète l'installation par une conduite forcée qui relie le réservoir supèrieur à une turbomachine (turbocompresseur, turbo générateur, etc) placée à une altitude légèrement supèrieure à celle du niveau bas afin d' assurer l'autonomie de l'installation par le retour du liquide turbiné dans le réservoir infèrieur au travers d'une canalisation. Dans ce cas, suivant sa fonction, l'escalier d'élévation de liquide pourra être appelé escalier d'autoalimentation et -3- cette autonomie permet d'utiliser l'installation aussi bien d'une manière fixe que mobile. Dans ce deuxième usage, la turbomachine pourra servir à la traction du véhicule. Selon un troisième usage particulier de cette installation, nous utilisons l'énergie potentielle du liquide pour produire de l'énergie électrique ; on choisit le mode de réalisation de l'escalier d'élévation de liquide qui convient le mieux et on complète l'installation par une conduite forcée qui relie le réservoir supèrieur à un turboalternateur placée à une altitude légèrement supèrieure à celle du niveau bas afin d'assurer l'autonomie de l'installation par le retour du liquide turbiné dans le réservoir infèrieur au travers d'une canalisation. Comme précédemment, l'escalier d'élévation de liquide pourra être appelé escalier d'autoalimentation et cette autonomie permet d'utiliser l'installation aussi bien d'une manière fixe que mobile. Dans son installation fixe, il permet de réaliser des centrales électriques autonomes en tout point de la planète c'est à dire près de l'utilisation ce qui limite la réalisation d'importants réseaux électriques de transport et distribution. On peut ainsi réaliser par exemple l'autonomie énergétique d'un immeuble, d'un quartier, d'une ville, d'une usine, etc. Il est important de bien remarquer que comme l'escalier d'autoalimentation alimente en permanence le réservoir supèrieur, le bon fonctionnement de l'installation ne nécessite qu'un volume limité pour ce réservoir supèrieur ce qui restreint l'utilité des grands barrages hydrauliques à l'étalement des crues ou à la création de réserves d'eau. Dans son installation mobile, il peut permettre d'alimenter le ou les moteurs de traction en étant associé à une batterie d'accumulateur qui se chargera à l'arrêt ou durant les faibles besoins et qui apportera un complément d'énergie lorsque cela sera nécessaire. Nous assurons ainsi l'autonomie du véhicule pour une capacité de batterie bien inférieure à celles qui sont installées actuellement sur les véhicules électriques. Selon un quatrième usage particulier de cette installation, nous plaçons un escalier d'élévation de liquide entre les biefs aval et amont d'une centrale hydroélectrique existante ce qui permet d'utiliser la conduite forcée et le(s) turboalternateur(s) de cette centrale électrique pour transformer l'énergie potentielle de l'eau surélevée par l'installation en énergie électrique. En d'autre termes, cela permet de ne plus être tributaire de la pluviométrie et de faire fonctionner la centrale hydroélectrique en permanence à sa puissance nominale si nécessaire. Selon un cinquième usage particulier de cette installation, nous plaçons un escalier d'élévation de liquide entre les niveaux bas et haut d'une centrale d'accumulation par pompage existante afin d'utiliser la conduite forcée et le(s) turboalternateur(s) de cette centrale d'accumulation par pompage pour transformer l'énergie potentielle de l'eau surélevée par l'installation en énergie électrique. En d'autres termes cela permet de faire fonctionner la centrale d'accumulation par pompage en permanence à sa puissance nominale si nécessaire et avec un rendement énergétique positif.According to a second particular embodiment of the invention, the intermediate tank of each step is formed of a closed tank equipped with pipes and valves controlled by an automatism which carries out the lifting cycle namely: - opening of the placed valve on its suction pipe and the valve that connects it to an auxiliary vacuum production plant which causes the tank to be filled, - at the end of filling, closing of these two valves then opening of the valve which makes it possible to vent it and the valve placed on the suction line of the upper tank to allow the next cycle of elevation to be completed. According to a first particular use of this installation, the potential energy of the liquid is used directly for, for example, supplying water to an irrigation channel. We will then choose the first embodiment of the liquid elevation staircase. According to a second particular use of this installation, the potential energy of the liquid is used to produce mechanical energy. One chooses the embodiment of the staircase of elevation of liquid which is the best and one completes the installation by a forced pipe which connects the upper tank to a turbomachine (turbocharger, turbo generator, etc) placed at an altitude slightly higher than that of the low level to ensure the autonomy of the installation by the return of the turbined liquid in the lower tank through a pipe. In this case, depending on its function, the liquid elevation staircase may be called the self-feeding staircase and this autonomy makes it possible to use the installation both in a fixed and mobile manner. In this second use, the turbomachine can be used to pull the vehicle. According to a third particular use of this installation, we use the potential energy of the liquid to produce electrical energy; the most appropriate liquid elevation staircase is selected and the installation is completed by a penstock that connects the upper tank to a turbo-alternator at a slightly higher elevation than the low-level one. to ensure the autonomy of the installation by the return of the turbined liquid in the lower tank through a pipe. As previously, the liquid elevation staircase may be called the self-feeding staircase and this autonomy makes it possible to use the installation both in a fixed and mobile way. In its fixed installation, it makes it possible to build autonomous power plants in any point of the planet ie near the use which limits the realization of important electrical networks of transport and distribution. It is thus possible to achieve, for example, the energy autonomy of a building, a neighborhood, a city, a factory, etc. It is important to note that since the self-feeding staircase permanently feeds the upper tank, the proper functioning of the installation requires only a limited volume for this upper tank, which restricts the usefulness of large hydraulic dams. spreading floods or creating water reserves. In its mobile installation, it can be used to supply the traction motor or motors by being associated with an accumulator battery which will charge at a standstill or during the low needs and which will provide additional energy when necessary. . We thus ensure the autonomy of the vehicle for a much lower battery capacity than those currently installed on electric vehicles. According to a fourth particular use of this installation, we place a staircase of elevation of liquid between the reaches downstream and upstream of an existing hydroelectric power station which makes it possible to use the forced pipe and the (s) turboalternateur (s) of this power plant to transform the potential energy of the water raised by the installation into electrical energy. In other words, it makes it possible to no longer be dependent on the rainfall and to operate the hydroelectric plant permanently at its nominal power if necessary. According to a fifth particular use of this installation, we place a liquid elevation staircase between the low and high levels of an existing pumped storage unit in order to use the penstock and the turbo generator (s) this pumped storage plant to transform the potential energy of the water raised by the installation into electrical energy. In other words, it makes it possible to operate the accumulating pump station permanently at its nominal power if necessary and with a positive energy efficiency.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les schémas et dessins annexés illustrent et explicitent l'invention. La figure 1 représente le schéma de l'invention avec N marches et des réservoirs intermédiaires ouverts. La figure 2 représente le schéma de l'invention avec N marches et des réservoirs intermédiaires fermés. La figure 3 représente l'utilisation de l'invention avec des réservoirs intermédiaires ouverts dans la réalisation d'une centrale autonome de production d'électricité. La figure 4 représente l'utilisation de l'invention avec des réservoirs intermédiaires -4- fermés dans la réalisation d'une centrale autonome de production d'électricité. La figure 5 représente l'installation de l'invention entre les biefs aval et amont d'une centrale hydroélectrique existante. La figure 6 représente le schéma électrique monophasé de puissance d'une installation autonome et mobile de production d'électricité ou l'alternateur alimente, par l'intermédiaire d'un pont redresseur, une batterie tampon et le moteur du véhicule. DESCRIPTIONS DETAILLEES DE L'INVENTION A partir des figures 1 et 3 nous allons détailler, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention pour assurer l'autonomie énergétique d'une ville. Nous choisissons l'eau comme liquide et le mode de réalisation avec réservoirs intermédiaires ouverts pour des raisons de simplification de l'installation. Il faut commencer par recenser des besoins des utilisateurs et les projets futurs d'urbanisme, afin de pouvoir définir la puissance nominale Pn nécessaire pour alimenter la ville durant les heures de pointe tout en prenant une marge de sécurité.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The attached diagrams and drawings illustrate and explain the invention. Figure 1 shows the scheme of the invention with N steps and open intermediate tanks. Figure 2 shows the scheme of the invention with N steps and closed intermediate tanks. Figure 3 shows the use of the invention with open intermediate tanks in the realization of an autonomous power generation plant. FIG. 4 represents the use of the invention with closed intermediate tanks in the production of an autonomous power generation plant. FIG. 5 represents the installation of the invention between the downstream and upstream reaches of an existing hydroelectric power station. FIG. 6 represents the single-phase electrical power diagram of an autonomous and mobile power generation installation where the alternator supplies, via a rectifier bridge, a buffer battery and the vehicle engine. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION From Figures 1 and 3 we will detail, by way of example, an embodiment of the invention to ensure the energy autonomy of a city. We choose water as a liquid and the embodiment with intermediate tanks open for reasons of simplification of the installation. We must start by identifying user needs and future urban planning projects, in order to be able to define the nominal power Pn needed to supply the city during rush hours while taking a safety margin.

Il faut ensuite identifier et retenir un relief géographique voisin ou le plus proche qui permettra d'obtenir la dénivellation HD désirée entre les deux niveaux bas et haut et sur lequel seront construits les réservoirs infèrieur(1), supèrieur(2) et intermédiaires (R1 à RN). Si aucun relief naturel ou existant convient, il faudra prévoir la réalisation de la dénivellation désirée.It is then necessary to identify and retain a nearby or nearest geographical relief which will make it possible to obtain the desired height difference HD between the two low and high levels and on which will be constructed the lower (1), upper (2) and intermediate (R1) reservoirs. at RN). If no natural relief or existing relief, it will be necessary to envisage the realization of the desired unevenness.

A partir de la hauteur HD de dénivellation et de la puissance nominale Pn, on détermine le débit de l'escalier d'autoalimentation en tenant bien entendu compte du rendement du turboalternateur. Le nombre de marches N de l'escalier d'autoalimentation est défini en divisant HD par la hauteur H d'escalier qui parait réaliste pour le site.( 8m environ) On installe, ou on construit, les réservoirs inférieur (1), supèrieur (2), et intermédiaires (R1 à RN) à leurs emplacement et altitude respectifs. On installe le turboalternateur 58 et l'armoire électrique qui contient l'automatisme dans un bâtiment situé à un niveau légèrement supérieur à celui du niveau bas. Chaque réservoir est équipé de contacts niveau maxi et niveau mini qui définissent sa fourchette de remplissage. Chaque réservoir intermédiaire (R1 à RN) est équipé de sa pompe autoamorçante (15 à N5) et de ses canalisations d'aspiration (10 à NO) et d'évacuation (16 à N6). Le volume des réservoirs dépend de la puissance de la centrale et du matériel utilisé. A titre indicatif, nous dirons que le volume des réservoirs intermédiaires aura pour ordre de grandeur un ou quelques m3 et celui des réservoirs supérieurs et inférieurs aura pour ordre de grandeur quelques dizaines voire la centaine de m3. Ces valeurs sont à optimiser en fonction des performances du matériel utilisé. Le réservoir supèrieur (2) est raccordé, via la vanne de régulation (67) et la conduite forcée (68) au turboalternateur (58). La canalisation (59) relie la sortie turbine au réservoir infèrieur (1).Starting from the height HD and the nominal power Pn, the flow rate of the self-feeding staircase is determined, bearing in mind, of course, the efficiency of the turbo-alternator. The number of steps N of the self-feeding staircase is defined by dividing HD by the height H of staircase which seems realistic for the site. (About 8m) One installs, or one builds, the lower tanks (1), superior (2), and intermediate (R1 to RN) at their respective location and altitude. The turbo-alternator 58 and the electrical cabinet containing the automation are installed in a building situated at a level slightly higher than that of the low level. Each tank is equipped with maximum level and minimum level contacts that define its filling range. Each intermediate tank (R1 to RN) is equipped with its self-priming pump (15 to N5) and its suction (10 to NO) and exhaust (16 to N6) lines. The volume of the tanks depends on the power of the plant and the equipment used. As an indication, we will say that the volume of the intermediate tanks will be in the order of magnitude one or a few cubic meters and that of the upper and lower tanks will be in order of magnitude a few tens or even hundreds of cubic meters. These values are to be optimized according to the performance of the equipment used. The upper tank (2) is connected via the regulating valve (67) and the forced pipe (68) to the turbo-alternator (58). The pipe (59) connects the turbine outlet to the lower tank (1).

Il faut initialement faire le plein du réservoir inférieur (1) et maintenir ce niveau durant le démarrage de l'installation ; ensuite, seul un appoint pour compenser les pertes est nécessaire. A la mise en service, l'automatisme commande le remplissage successif des réservoirs intermédiaires (R1 à RN) puis le remplissage du réservoir supèrieur (2). La commande de la vanne (67) provoque l'entraînement du turboalternateur par l'eau et celle- ci retourne dans le réservoir infèrieur au travers de la canalisation (59). L'installation contient alors toute l'eau nécessaire à son bon fonctionnement. -5- A partir des figures 2 et 4 nous allons détailler, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention pour assurer l'autonomie énergétique d'un immeuble. Nous choisissons l'eau comme liquide et le mode de réalisation avec réservoirs intermédiaires fermés afin de ne pas avoir les nuisances des vibrations dues au fonctionnement des pompes intermédiaires. Pour cette même raison de vibrations, nous prévoirons d'installer la centrale de production de vide et le groupe turboalternateur dans un bâtiment annexe proche de l'immeuble. Ce bâtiment contiendra aussi l'armoire électrique du procédé avec l'automatisme qui assurera le bon fonctionnement de l'installation. Il faut commencer par recenser des besoins des utilisateurs, afin de pouvoir définir la puissance nécessaire pour alimenter l'immeuble durant les heures de pointe et prendre une marge de sécurité pour définir la puissance nominale Pn de la centrale. L'immeuble étant d'une hauteur HI et comme nous prévoyons de placer le réservoir inférieur (1) sous le groupe turboalternateur et le réservoir supérieur (2) sur la dalle de toiture de l'immeuble, le débit de l'escalier d'autoalimentation sera défini à partir de Pn et HI en tenant bien entendu compte du rendement du turboalternateur. Si la distance entre trois étages est inférieure à 10m avec une marge de sécurité (on prend un pas plus faible dans le cas contraire), on installe au niveau +3 le réservoir intermédiaire (R1) équipé de ses vannes (11, 12, 13 et 14) ; et au niveau +6 le réservoir intermédiaire (R2) équipé de ses vannes (22, 23 et 24) et ceci jusqu'en toiture avec le réservoir intermédiaire (RN) équipé de ses vannes (N2, N3 et N4) et bien entendu le réservoir supèrieur (2). Chaque réservoir est équipé de contacts qui définissent sa fourchette de remplissage. Le volume des réservoirs dépend de la puissance de la centrale et du matériel utilisé. A titre indicatif, nous dirons que l'ordre de grandeur du volume des réservoirs intermédiaires sera d'une fraction de m3 et celui des réservoirs supérieur et inférieur sera du m3. Valeurs a optimiser en fonction du matériel utilisé. Une gaine technique permet le cheminement de la conduite forcée (68) et des canalisations d'aspiration (10 à NO), de vide, et électriques entre le bâtiment annexe, l'immeuble et les différents réservoirs.La centrale de production de vide n'est pas représentée.The lower tank (1) must initially be filled and maintained at the start of the installation; then only a top up to compensate for the losses is necessary. On commissioning, the automation controls the successive filling of the intermediate tanks (R1 to RN) and the filling of the upper tank (2). The control of the valve (67) causes the turbo-alternator to be driven by the water and this returns to the lower reservoir through the pipe (59). The installation then contains all the water necessary for its proper functioning. From Figures 2 and 4 we will detail, by way of example, an embodiment of the invention to ensure the energy autonomy of a building. We choose water as a liquid and the embodiment with intermediate tanks closed so as not to have the nuisance of vibrations due to the operation of the intermediate pumps. For the same reason of vibrations, we will plan to install the vacuum production unit and the turboalternator group in an annex building close to the building. This building will also contain the electrical cabinet of the process with the automation that will ensure the proper functioning of the installation. We must start by identifying user needs, in order to define the power required to power the building during peak hours and take a safety margin to define the nominal power Pn of the plant. The building being of a height HI and as we plan to place the lower tank (1) under the turboalternateur group and the upper tank (2) on the roof slab of the building, the flow of the staircase of self-feeding will be defined from Pn and HI taking into account, of course, the efficiency of the turbo-alternator. If the distance between three stages is less than 10m with a margin of safety (one takes a step lower in the opposite case), one installs at level +3 the intermediate tank (R1) equipped with its valves (11, 12, 13 and 14); and at the level +6 the intermediate tank (R2) equipped with its valves (22, 23 and 24) and this up to the roof with the intermediate tank (RN) equipped with its valves (N2, N3 and N4) and of course the upper tank (2). Each tank is equipped with contacts that define its filling fork. The volume of the tanks depends on the power of the plant and the equipment used. As an indication, we will say that the order of magnitude of the volume of the intermediate tanks will be a fraction of m3 and that of the upper and lower tanks will be m3. Values to be optimized according to the equipment used. A technical duct allows the driving of the penstock (68) and suction (10 to NO), vacuum, and electrical lines between the annex building, the building and the different tanks. is not represented.

Il faut initialement faire le plein du réservoir inférieur (1) et maintenir ce niveau durant le démarrage de l'installation ; ensuite, seul un appoint pour compenser les pertes est nécessaire. A la mise en service, l'automatisme commande le remplissage successif des réservoirs intermédiaires (R1 à RN) puis le remplissage du réservoir supérieur (2). Le remplissage du réservoir (R1) se fait suivant le séquencement ci-après : les vannes (12) et (14) étant fermées, on ouvre (11) et (13) ce qui entraîne la mise sous vide du réservoir et son remplissage du fait de l'élévation du liquide par la pression atmosphérique dans la canalisation d'aspiration (10). En fin de remplissage le contact niveau haut est actionné et on ferme (11) et (13) pour isoler le volume de liquide du niveau bas et de l'installation de vide puis on ouvre (12) et (14) afin de le mettre à l'air libre et de le rendre disponible pour l'étape suivante d'élévation. Le réservoir (Ri) étant rempli, pour remplir le réservoir (R2), les vannes (22) et (24) étant fermées et (12) et (14) ouvertes, on ouvre (23). En fin de remplissage, on ferme (14) et (23) puis on ouvre (22) et (24), etc. Lorsque le liquide est dans le réservoir RN, l'ouverture des vanne (N2) et (N4) entraîne le remplissage du réservoir supèrieur (2) L'automatisme gère la commande des vannes afin de répéter avec ordre et méthode le transfert de la capacité d'un réservoir intermédiaire de la première à la dernière marche sans recouvrement. -6- Sur la figure 4 nous avons l'ensemble avec la vanne de régulation (67) qui régie la circulation de l'eau. Cette dernière emprunte la conduite forcée (68), entraîne le turboalternateur (58) et retourne dans le réservoir infbieur (1) par l'intermédiaire de la canalisation (59).The lower tank (1) must initially be filled and maintained at the start of the installation; then only a top up to compensate for the losses is necessary. On commissioning, the automation controls the successive filling of the intermediate tanks (R1 to RN) and the filling of the upper tank (2). The filling of the tank (R1) is carried out according to the sequencing below: the valves (12) and (14) being closed, one opens (11) and (13) which causes the evacuation of the tank and its filling of the makes the elevation of the liquid by the atmospheric pressure in the suction line (10). At the end of filling, the high level contact is actuated and (11) and (13) are closed in order to isolate the liquid volume from the low level and the vacuum system, and then (12) and (14) are opened in order to put it in the open air and make it available for the next stage of elevation. The reservoir (Ri) being filled, to fill the reservoir (R2), the valves (22) and (24) being closed and (12) and (14) open, opens (23). At the end of filling, we close (14) and (23) and then open (22) and (24), etc. When the liquid is in the reservoir RN, the opening of the valves (N2) and (N4) causes the filling of the upper reservoir (2) The automation manages the control of the valves in order to repeat with order and method the transfer of the capacity an intermediate tank from the first to the last step without overlap. In FIG. 4 we have the assembly with the regulating valve (67) which regulates the circulation of the water. The latter borrows the forced pipe (68), drives the turboalternator (58) and returns to the lower tank (1) via the pipe (59).

A partir de la figure 5 relative à l'utilisation d'un escalier d'élévation de liquide entre les biefs aval et amont d'une centrale hydroélectrique existante, nous dirons que la défmition des caractéristiques de l'escalier d'élévation de liquide dépend du but recherché à savoir fonctionnement des turboalternateurs à leur puissance nominale uniquement durant les heures de pointe ou en continu, et du débit d'étiage du fleuve. Le relief géographique existe pour installer l'escalier d'élévation de liquide et son fonctionnement permet d'obtenir l'énergie potentielle désirée. Dans une telle application, le volume des réservoirs intermédiaires est à optimiser et nous donnerons comme ordre de grandeur un ou quelques dizaines de m3. Le problème est de même nature pour ce qui concerne l'installation d'un escalier d'élévation de liquide entre les niveaux bas et haut d'une centrale d'accumulation par pompage avec toutefois un débit nul d'étiage du fleuve. A partir des figures 3 ou 4 et 6 nous allons détailler, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention pour assurer l'autonomie énergétique d'un véhicule. Dans ce cas, la réalisation est limitée par la hauteur disponible au dessus des voies de circulation. Afin de pouvoir réaliser un maximum de marches pour l'escalier d'élévation de liquide, il convient de commencer par choisir un liquide de forte densité. Il faut aussi effectuer un choix de mode de réalisation entre les figures 3 ou 4. Le débit de l'escalier d'élévation de liquide sera défini à partir de la puissance Pn désirée, de la différence de hauteur entre les niveaux haut et bas et de la densité du liquide utilisé. Le schéma de la figure 6 représente cette solution en monophasé avec un ensemble turboalternateur (58) plus pont redresseur (78) et le contacteur (79) correspondant ; la batterie d'accumulateurs (88) et son contacteur (89) ; un seul moteur (98) avec son contacteur (99).From Figure 5 relating to the use of a liquid elevation staircase between the upstream and downstream reaches of an existing hydroelectric plant, we will say that the definition of the characteristics of the liquid elevation staircase depends on the aim of knowing how to operate the turbo-alternators at their nominal power only during peak or continuous hours, and the low-water flow of the river. Geographical relief exists to install the liquid elevation staircase and its operation provides the desired potential energy. In such an application, the volume of intermediate tanks is to be optimized and we will give as order of magnitude one or a few tens of m3. The problem is of the same nature as regards the installation of a staircase of elevation of liquid between the low and high levels of a pumped accumulation plant with however a zero flow of low water of the river. From Figures 3 or 4 and 6 we will detail, by way of example, an embodiment of the invention to ensure the energy autonomy of a vehicle. In this case, the realization is limited by the height available above the traffic lanes. In order to be able to achieve maximum steps for the liquid elevation ladder, it is advisable to start by choosing a high density liquid. An embodiment choice must also be made between FIGS. 3 and 4. The flow rate of the liquid elevation staircase will be defined from the desired Pn power, the difference in height between the high and low levels, and the density of the liquid used. The diagram of FIG. 6 represents this single-phase solution with a turbo-alternator assembly (58) plus rectifier bridge (78) and the corresponding contactor (79); the storage battery (88) and its contactor (89); a single motor (98) with its contactor (99).

En fonctionnement normal, les trois contacteurs (79), (89), et (99) étant fermés, la batterie d'accumulateurs subvient aux a coups des accélération et se charge lorsque le couple moteur demandé est faible. La charge de la batterie d'accumulateurs peut aussi se faire véhicule arrêté (contacteur (99) ouvert) et l'installation en fonctionnement avec les contacteurs (79) et (89) fermés. Sur une telle installation, le volume des réservoirs infèrieur (1), supèrieur (2) et intermédiaires (R1 à RN) sera très optimisé et la nuisance des pompes ou vannes sera maîtrisée. POSSIBILITES D'APPLICATIONS INDUSTRIELLES DE L'INVENTION Cette installation permet d'exploiter la pression atmosphérique qui est une énergie renouvelable peu utilisée actuellement bien qu'elle présente les avantages d'être disponible en permanence et d'exister sur toute la surface de la terre. Dans son application principale en fixe pour la production d'énergie électrique, elle permet de faire des réalisations de même puissance que celle des centrales existantes.In normal operation, the three contactors (79), (89), and (99) being closed, the accumulator battery accelerates with acceleration and loads when the requested motor torque is low. The charging of the storage battery can also be done stopped vehicle (contactor (99) open) and the installation in operation with the contactors (79) and (89) closed. On such an installation, the volume of the lower (1), upper (2) and intermediate (R1 to RN) tanks will be highly optimized and the nuisance of the pumps or valves will be controlled. POSSIBILITIES OF INDUSTRIAL APPLICATIONS OF THE INVENTION This installation makes it possible to exploit the atmospheric pressure which is a renewable energy little used today although it has the advantages of being permanently available and to exist on all the surface of the earth . In its main application fixed for the production of electrical energy, it allows to make achievements of the same power as that of existing plants.

Si on compare à puissance identique une centrale de ce type avec une centrale hydroélectrique qui correspond actuellement à l'optimum en la matière, on constate que -7- outre la partie identique, la réalisation des réservoirs intermédiaires d'un escalier d'élévation de liquide ainsi que celle des réservoirs infèrieur et supèrieur de volume limité représente un travail et donc un coût bien plus faibles que ceux qui sont nécessaires pour la réalisation d'un barrage. De plus cette installation pourra fonctionner en permanence à sa puissance nominale alors que l'énergie produite par une centrale hydroélectrique est tributaire de la pluviométrie. Nous pouvons donc dire qu'en matière d'analyse de la valeur, cette installation correspond au juste nécessaire pour assurer en fixe de grosses productions d'énergie électrique.If one compares with identical power a central of this type with a hydroelectric power station which corresponds to the optimum in this matter, one finds that besides the identical part, the realization of the intermediate tanks of a staircase of elevation of Liquid and lower and lower tanks of limited volume represent a work and therefore a much lower cost than those necessary for the construction of a dam. In addition, this facility will be able to operate continuously at its nominal power, whereas the energy produced by a hydroelectric plant depends on rainfall. We can therefore say that in terms of value analysis, this installation corresponds to the just necessary to ensure fixed large amounts of electrical energy.

Dans son utilisation entre les biefs aval et amont d'une centrale hydroélectrique existante (ou entre les niveaux bas et haut d'une centrale d'accumulation par pompage), elle permet d'accroître d'une manière très significative, doublement dans bien des cas, l'énergie produite par la centrale hydroélectrique moyennant un investissement très limité. Dans ses autres applications en fixe, son utilisation pour élever de l'eau peut être très compétitive par rapport aux stations de pompage existantes et son utilisation pour entraîner des turbomachines peut aussi s'avérer très intéressante. Dans son application principale en mobile, elle apporte au véhicule électrique une autonomie ainsi qu'un allègement de la batterie d'accumulateurs. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.In its use between the downstream and upstream reaches of an existing hydroelectric power station (or between the low and high levels of a pumped storage plant), it increases in a very significant way, doubly in many case, the energy produced by the hydroelectric plant with a very limited investment. In its other fixed applications, its use for raising water can be very competitive compared to existing pumping stations and its use to drive turbomachines can also be very interesting. In its main application in mobile, it brings the electric vehicle autonomy and lightening of the storage battery. The present invention is not limited to the embodiments described and shown, but the skilled person will be able to make any variant within his mind.

Claims

CLAIMS1- A plant for producing energy using atmospheric pressure to move a liquid different steps to raise it from a low level to a high level characterized in that it comprises: - a lower tank (1) whose level represents the altitude of the low level of the installation, - a top tank (2) whose level represents the altitude of the high level of the installation, - between the low level and the high level is arranged a succession of N identical elevation steps, one at least, and of height H; characterized in that each step comprises: - an intermediate reservoir (RN) placed at the height H with respect to the level of the reservoir which is below it; - a suction pipe (NO) which plunges into the lower reservoir and ends at the height H at the intermediate reservoir (RN), - a device that allows the vacuum at the upper end of the suction pipe (NO), so that the atmospheric pressure causes the liquid to rise from the height H in this pipe, - a device that allows to fill the intermediate tank (RN) with the liquid returned to atmospheric pressure, - an automation management of all; for the first step, the intermediate tank is called (R1), the lower tank (1) and the suction pipe is numbered 10.

2- Installation according to claim 1, characterized in that it comprises, for each step, an intermediate reservoir (RN) of open type and that said device which allows to evacuate and said device that allows to fill the intermediate reservoir (RN) with the liquid returned to atmospheric pressure, are both performed by a self-priming pump (N5) associated with an exhaust pipe (N6); for the first step, the self-priming pump bears the number 15 and the evacuation line number 16; it being understood that if the pump is not self-priming, it is necessary to add a vacuum device at the upper end of the suction pipe (NO), to prime the system at start-up; it is also understood that in the last step, the upper tank (2) replaces the intermediate tank and that the correct filling of the intermediate tanks (Ri to RN) and of the upper tank (2) are managed by the automation.

3- Installation according to claim 1, characterized in that it comprises, for each step, a closed type intermediate tank (RN) which is equipped with: - a valve on its suction pipe, valve (11) for the first, - a valve for venting, valve (12) for the first, - a valve and a pipe for communication with a vacuum production plant, valve (13) for the first, a valve on the suction pipe of the next step, valve (14) for the first; also being characterized by the fact that said device which makes it possible to evacuate as well as said device which makes it possible to fill the intermediate tank with the liquid subjected at the end of the cycle at atmospheric pressure, are both managed by the control automatism for each step, the filling of the intermediate tank by its communication with the lower level and its evacuation, then its isolation of the vacuum and the lower level, and then its venting; which corresponds for the first step to the closure of the valves (12) and (14) then to the opening of the valves (13) and (11) and then the closing of the valves (13) and (11) and opening the valves (12) and (14); at the general level, the automation manages the successive transfer of unit volumes in each intermediate tank (R1 to RN) and the correct filling of the upper tank (2).

4- Installation according to claims 2 or 3 characterized in that the upper reservoir (2) feeds through a control valve (67) and a forced pipe (68), a turbomachine which produces mechanical energy , or mechanical then electrical, or mechanical and pneumatic, etc ...; it being understood that the liquid leaves the turbomachine at an altitude slightly higher than that of the low level of the installation which makes it possible to make the latter autonomous thanks to a pipe (59) for returning the liquid into the lower tank (1).

5- Installation according to claim 4 characterized in that the assembly of, the installation is placed on a vehicle and the mechanical energy produced by the turbomachine can motorize the vehicle.

6- Installation according to claim 4 characterized in that the turbomachine is a turboalternator (58) which produces electrical energy that can feed a distribution network.

7- Installation according to claim 6 characterized in that the entire installation is placed on a vehicle and the electrical energy which is rectified (78) feeds a buffer battery (88) and the electric traction motor (98). ) which makes it possible to provide for the consumption shots of the latter.

8- Installation according to claim 2 characterized in that the place between the downstream reaches and upstream of an existing hydroelectric plant, the tailbay serving as a lower reservoir and the upper reservoir forebay; which makes it possible to use the forced pipe (68) and the turbo generator (58) of this power station to transform the potential energy of the water raised by the installation into electrical energy, which corresponds to to an improvement of the production of the plant.

9- Installation according to claim 2 characterized in that it is placed between the high and low levels of an existing hydroelectric pumped storage facility which allows to use the penstock (68) and the (s) turboalternator (s) (58) of this hydroelectric pumped storage facility to convert the potential energy of the water raised by the installation into electrical energy, which corresponds to an improvement in the plant's output.