FR3030646A1 - Systeme compresseur generateur multi-etage reversible et procedes associes - Google Patents

Systeme compresseur generateur multi-etage reversible et procedes associes Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un ensemble de moyens notamment électromagnétiques réversibles permettant la compression et le stockage à haute pression de tout fluide notamment gazeux et la génération d'énergie électrique par l'injection de fluide compressé, lesdits moyens notamment constitués d'un cylindre dans lequel se déplace un piston magnétique dont le déplacement est obtenu de deux manières, soit sous l'effet d'un champ magnétique créé par un bobinage périphérique pour comprimer le fluide contenu dans le cylindre, soit sous l'effet de l'injection dans le cylindre de fluide comprimé pour créer par induction magnétique du courant électrique dans le bobinage périphérique. L'invention est destinée à être utilisée dans tout équipement nécessitant la compression et le stockage de fluide notamment les moteurs fonctionnant à l'air comprimé, et/ou être utilisée comme générateur électrique "propre" par injection de fluide décarboné.

Description

SYSTÈME COMPRESSEUR GÉNÉRATEUR MULTI-ÉTAGÉ RÉVERSIBLE ET PROCÉDÉS ASSOCIÉS INTRODUCTION La prise de conscience par les utilisateurs des méfaits de la pollution et de la diminution des réserves d'hydrocarbures a permis l'ouverture du marché des véhicules utilisant des sources d'énergie alternatives au pétrole, notamment des véhicules électriques alimentés par batteries ou par des piles à combustible hydrogène, ou encore plus récemment des véhicules avec des moteurs à air, et d'autres sources d'énergies décarbonées. Toutes ces technologies ont à la base besoin d'énergie électrique soit pour la stocker, soit pour stocker pour restitution ultérieure le produit de sa transformation par exemple sous forme d'air compiimé. 10 L'invention ici présentée répond à cette demande notamment pour équiper des véhicules à moteurs à air pour lesquels elle permet la recharge en air comprimé, ou encore pour équiper des véhicules à moteurs électriques pour lesquels elle permet la recharge en énergie électrique, et pour équiper tout véhicule hybride utilisant au moins l'une des deux énergies, électricité ou air comprimé. ÉTAT DE LA TECHNOLOGIE 15 La mise sur le marché de véhicules à motorisation électrique totale ou partielle, et/ou à autre motorisation "verte" étant assez récente, les inventions et brevets portant sur l'objet de la présente invention sont peu nombreux, comme par exemple le document EP 1121742 (A1) présentant un "Groupe électrogène de secours à air comprimé", ou encore le document WO 2004083644 (A1) présentant un "Groupe Compresseur Centrifuge", ou encore le document EP 0297691 (A1) présentant un "Ensemble moteur- 20 compresseur". L'ensemble de ces inventions ont incontestablement fait progresser l'état de la technique, mais n'offrent pas une solution intégrée et réversible, points faibles que l'invention ici présentée a cherché à corriger. DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte notamment des moyens de compression de fluide et de 25 génération d'énergie électrique par injection de fluide sous pression. L'invention est constituée d'au moins une unité compresseur/générateur (110) pouvant être reliée à une pluralité d'autres en série, en parallèle et/ou dans toute configuration mixte pour constituer un système de compression/génération multi-étagé. Chaque unité compresseur/générateur selon l'invention est constituée notamment d'un corps principal 30 cylindrique (101) entouré d'au moins un bobinage (102) à l'intérieur duquel se déplace un cylindre-piston magnétique (103), étant précisé que les parties en frottement sont recouvertes d'un revêtement non magnétisable anti-usure notamment céramique et que le corps cylindrique est pourvu à chacune de ses extrémités d'ouvertures avec dispositif anti-retour pour l'entrée (104) et la sortie (105) des fluides, et que les différents canalisations sont pourvues d'ailettes d'échange thermique (111). Chaque extrémité de chaque 35 chambre est par ailleurs équipée de capteurs de pression (106) et de systèmes de détection de fin de -Yr course (107) constitués par exemple d'interrupteurs magnétiques à lames souples (ILS), et les paramètres recueillis par lesdits équipements sont transmis aux calculateurs de l'invention pour traitement par les algorithmes mis en oeuvre pour son fonctionnement. L'invention est susceptible de fonctionner suivant plusieurs modes, et notamment en mode compresseur et en mode générateur. Le mode compresseur requiert que l'invention soit alimentée en énergie électrique. Le mode générateur requiert que l'invention soit alimentée en fluide compressé. Le passage du mode générateur en mode compresseur est obtenu par le basculement de vannes de dérivation (112) et par la neutralisation du système de distribution de fluide comprimé, notamment par des moyens électriques (113), de manière à rendre libre la circulation du fluide à travers les ouvertures d'entrée (104) et de sortie (105). Le fonctionnement en mode compresseur est obtenu par mise sous tension et envoi d'impulsions électriques dans les bobinages (102) entourant chaque chambre, dans des conditions et à des intervalles gérés par le calculateur de l'invention, pour notamment alimenter les bobinages de chaque unité avec un type de courant en relation avec le niveau de pression à atteindre. Le cycle de compression comporte deux phases liées au déplacement alternatif du cylindre-piston magnétique dont le mouvement d'une extrémité à l'autre de la chambre, initié par le champ magnétique créé par l'impulsion électrique envoyée dans le bobinage, vient compresser le fluide introduit dans l'une des extrémités et aspirer le fluide dans l'autre extrémité. Le courant envoyé aux bobinages pendant la phase de compression est du courant continu; l'information d'arrivée en fin de course du cylindre-piston magnétique (101) transmise par les détecteurs (107) déclenche l'inversion de polarité du courant continu envoyé dans les bobinages et le mouvement inverse du cylindre-piston magnétique pour démarrer une deuxième phase de compression jusqu'à l'arrivée en fin de course sur l'autre extrémité dudit cylindre-piston magnétique, et ainsi de suite. La tension et la puissance envoyées aux bobinages pendant la phase de compression sont calibrées pour obtenir le taux de compression à atteindre. Dans une configuration multi-étagée, les intervalles de phases de compression et la puissance électrique envoyée aux bobinages sont croissants au fur et à mesure de la montée en étage, et la mise sous tension des bobinages est commandée par le calculateur de l'invention à partir de l'instant où la pression, détectée par les capteurs de pression, est suffisante pour déclencher la compression, étant précisé qu'en configuration multi-étagée plusieurs phases de compression dans l'étage inférieur sont nécessaires jusqu'à obtenir le seuil de pression prévu pour le déclenchement de la compression dans l'étage supérieur. En conséquence, les spécificités et caractéristiques de chacun des compresseurs unitaires composant une configuration multi-étagée, notamment au niveau des bobinages (voltage/ampérage maxi) et du corps (résistance à la pression), sont fonction de l'étage et de la pression de sortie demandée. Les dispositifs d'alimentation (108) selon l'invention comportent les moyens d'obtenir et de stocker, notamment par des super-condensateurs par exemple au graphène, des puissances électriques de tension et d'ampérage nécessaires au taux de compression à obtenir, étant précisé que la gestion de ces ressources électriques est assuré par les calculateurs de l'invention notamment à partir des informations en provenance des différents capteurs dont elle est équipée.
Le fonctionnement en mode générateur est obtenu par l'introduction alternative de fluide dans l'une puis dans l'autre des deux extrémités de chaque chambre, étant précisé que chaque extrémité coziporte des ouvertures avec dispositif anti-retour pour l'entrée et la sortie des fluides dont les ouvertures/fermetures sont commandées par un système de distribution dudit fluide, dont l'une des variantes d'exécution est constituée d'un système par vannes bi-voies (120) mis en mouvement par une turbine à inertie (121) mise en rotation par le passage dudit fuide, et que ladite turbine après réduction par engrenages et transformation du mouvement rotatif en mouvement linaire va-et-vient, entraine ledit système de vannes, ledit système venant par déplacement du dispositif d'obstruction (123) alternativement ouvrir l'entrée de l'une des extrémités de la chambre et la sortie de l'autre, et vice versa. La transformation en mouvement linéaire du mouvement rotatif de la turbine après réduction est assurée par un dispositif male/femelle ergot/gorge (122) d'un profil adapté de manière à ce que la durée de passage en position centrale soit réduite de manière à assurer des temps d'ouverture/fermeture des conduits compatibles avec la quantité de fluide à injecter à chaque phase. Dans la phase initiale du cycle, la pression exercée sur le cylindre-piston magnétique (103) par l'introduction dudit fluide entraine son déplacement vers l'extrémité opposée de chambre dont la sortie est laissée libre jusqu'à ce que le processus s'inverse grâce au système de distribution par vannes bi-voies (120), de sorte que l'introduction dudit fluide par l'une des extrémités chasse le fluide présent dans l'autre extrémité jusqu'à ce que cette phase soit stoppée par le déplacement dudit système bi-voies, générant ainsi un mouvement de va-et-vient dudit cylindre-piston magnétique, ledit mouvement linéaire du cylindre-piston magnétique (103) à l'intérieur du bobinage (102) produisant de l'énergie électrique par induction électromagnétique. En complément de l'énergie obtenue par induction électromagnétique, l'invention est par ailleurs caractérisée en ce que le fluide s'échappant à chaque phase est envoyé avant sa sortie à l'air libre vers un aérogénérateur (114) pour ainsi produire de l'énergie électrique additionnelle. L'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de contrôle, de régulation et de pilotage des dispositifs et notamment au moins un calculateur intégrant des moyens notamment constitués de l'ensemble des algorithmes et programmes informatiques aptes à gérer son pilotage en fonction des informations fournies par les différents capteurs et par les bases de données qu'il contient, pour notamment obtenir la puissance de compression demandée ou celle de production électrique.
FIGURES Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente une vue en coupe des principaux éléments d'une configuration avec trois compresseurs/générateurs montés en série.
La figure 2 représente une vue en coupe du système de distribution par vannes bi-voies.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1- Système compresseur/générateur caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de compression de fluide et de génération d'énergie électrique par injection de fluide sous pression, lesdits moyens étant constitués d'au moins un compresseur/générateur constitué notamment d'un corps principal cylindrique (101) entouré d'au moins un bobinage (102) à l'intérieur duquel se déplace un cylindre-piston magnétique (103), étant précisé que les parties en frottement sont recouvertes d'un revêtement non magnétisable antiusure notamment céramique et que le corps cylindrique est pourvu à chacune de ses extrémités d'ouvertures avec dispositif anti-retour pour l'entrée (104) et la sortie (105) des fluides, et que les différentes canalisations sont pourvues d'ailettes d'échange thermique (111). Chaque extrémité de chaque chambre est par ailleurs équipée de capteurs de pression (106) et de systèmes de détection de fin de course (107) et les paramètres recueillis par lesdits équipements sont transmis à au moins un calculateur pour traitement par les algorithmes mis en oeuvre pour le fonctionnement du système.
  2. 2- Système compresseur/générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le passage du mode générateur en mode compresseur est obtenu par le basculement de vannes de dérivation (112) permettant de sélectionner la canalisation d'entrée du fluide.
  3. 3- Système compresseur/générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (108) assurant la mise sous tension et l'envoi d'impulsions électriques dans les bobinages (102) entourant chaque chambre, dans des conditions et à des intervalles gérés par ledit au moins un calculateur, en sorte que la compression est obtenue par le déplacement alternatif du cylindre-piston magnétique (103) dont le mouvement d'une extrémité à l'autre de la chambre, initié par le champ magnétique créé par l'impulsion électrique envoyée dans le bobinage, vient compresser le fluide introduit dans l'une des extrémités et aspirer le fluide dans l'autre extrémité, et caractérisé en ce que l'information d'arrivée en fin de course du cylindre-piston magnétique (103) transmise par les détecteurs (107) déclenche l'inversion de polarité du courant continu envoyé dans les bobinages et enclenche un mouvement inverse du cylindre-piston magnétique pour démarrer une deuxième phase de compression jusqu'à l'arrivée en fin de course sur l'autre extrémité dudit cylindre-piston magnétique, et ainsi de suite.
  4. 4- Système compresseur/générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque compresseur/générateur est reliable à d'autres pour constituer une configuration multi-étagée dans laquelle les intervalles de phases de compression et la puissance électrique envoyés aux bobinages vont croissants au fur et à mesure de la montée en étage, et que la mise sous tension des bobinages est commandée par ledit au moins un calculateur à partir de l'instant où la pression, détectée par les capteurs de pression, est suffisante pour déclencher la compression, étant précisé qu'en configuration multi-étagée plusieurs phases de compression dans l'étage inférieur sont nécessaires jusqu'à obtenir le seuil de pression prévu pour le déclenchement de la compression dans l'étage supérieur.
  5. 5- Système compresseur/générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des Fmoyens de génération d'énergie électrique par injection de fluide sous pression ledit fluide remplissant le corps principal cylindrique (101) alternativement par chacune des extrémités au moyen d'un système de distribution dudit fluide par vannes bi-voies (120).
  6. 6- Système compresseur/générateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un système de distribution dudit fluide constitué d'un système de distribution par vannes bi-voies (120) mis en mouvement par une turbine à inertie (121) mise en rotation par le passage dudit fluide, et que ladite turbine après réduction par engrenages et transformation du mouvement rotatif en mouvement linaire va-et-vient, entraine ledit système de vannes, ledit système venant par déplacement du dispositif d'obstruction (123) alternativement ouvrir l'entrée de l'une des extrémités de la chambre et la sortie de l'autre, et vice versa.
  7. 7- Système compresseur/générateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la transformation en mouvement linéaire du mouvement rotatif de ladite turbine (121) après réduction est assurée par un dispositif male/femelle ergot/gorge (122) d'un profil adapté de manière à ce que la durée de passage en position centrale soit réduite de manière à assurer des temps d'ouverture/fermeture des conduits compatibles avec la quantité de fluide à injecter à chaque phase.
  8. 8- Système compresseur/générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend des dispositifs d'alimentation (108) comportant les moyens d'obtenir et de stocker, des puissances électriques de tension et d'ampérage nécessaires au taux de compression à obtenir, étant précisé que la gestion de ces ressources électriques est assurée par ledit au moins un calculateur à partir des informations en provenance des différents capteurs dont le système est équipé.
  9. 9- Système compresseur/générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un aérogénérateur (114) produisant de l'énergie électrique additionnelle grâce au flux du fluide avant sa sortie.
  10. 10- Système compresseur/générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle, de régulation et de pilotage des dispositifs et ledit au moins un calculateur intégrant des moyens constitués de l'ensemble des algorithmes et programmes informatiques aptes à gérer son pilotage en fonction des informations fournies par les différents capteurs et par les bases de données qu'il contient, pour obtenir la puissance de compression demandée ou celle de production électrique.
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