FR3128746A1 - Dispositif de stockage sous-marin d’air comprime obtenu par une trompe hydraulique - Google Patents

Dispositif de stockage sous-marin d’air comprime obtenu par une trompe hydraulique Download PDF

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Abstract

Le dispositif de stockage sous-marin d‘air comprimé comporte au moins un réservoir sous-marin d’air comprimé, positionné sur le plancher (7) d’un plan d’eau et pourvu d’au moins une ouverture de sortie d’eau et d’au moins une ouverture (11, 13) d’entrée d’un mélange eau et air. Le réservoir comprend au moins un volume de stockage (V1) de l’air comprimé pourvu de deux conduites (9, 11) de liaison entre ledit volume (V1) et une chambre de collecte (5) du mélange eau et air, une première conduite (9) située en partie haute du volume (V1) assurant le passage de l’air comprimé dans le volume (V1) et une seconde conduite (11), à une altitude inférieure à la première conduite (9), assurant le passage du mélange eau et air dans le volume (v1), ledit réservoir (V1,V2) ayant également au moins une ouverture d’évacuation de l’eau dégazée dans le plan d’eau. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

DISPOSITIF DE STOCKAGE SOUS-MARIN D’AIR COMPRIME OBTENU PAR UNE TROMPE HYDRAULIQUE
La présente invention concerne un dispositif de stockage sous-marin d’air comprimé obtenu par une trompe hydraulique.
Une trompe hydraulique est une installation permettant de comprimer de l’air aspiré dans une colonne d’eau par effet Venturi. La hauteur de la colonne d’eau permet de comprimer l’air. La séparation de l'air et de l'eau se fait au fond d'un siphon inversé, afin d'obtenir un air à la pression hydrostatique générée par la hauteur manométrique totale. Dans de telles installations la chute d’eau est réalisée par des tuyaux de plusieurs mètres, voir dizaines de mètres. Il est ainsi possible d’utiliser l’air comprimé comme une source d’énergie, par exemple pour faire fonctionner des génératrices d’électricité ou des machines. On connait de telles installations placées sur un plan d’eau par US-B-6638024 qui décrit un dispositif utilisant le lit d’une rivière pour recevoir un tuyau de chute du mélange eau et air, le tuyau débouchant au voisinage d’une chambre de collecte de l’air comprimé située dans l’océan. Ici, le stockage est limité, l’air comprimé étant renvoyé directement sur terre pour être utilisé. Il n’y a donc qu’un stockage tampon réalisé dans le volume disponible de la chambre de collecte.
L’invention propose une solution permettant de stocker aisément l’air comprimé produit par une trompe hydraulique sous-marine, avec un minimum de pièces, à des couts maitrisés.
A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de stockage sous-marin d‘air comprimé obtenu par une trompe hydraulique comportant au moins un réservoir sous-marin d’air comprimé, positionné sur le plancher d’un plan d’eau et pourvu d’au moins une ouverture de sortie d’eau et d’au moins une ouverture d’entrée d’un mélange eau et air produit par la trompe hydraulique, caractérisé en ce que le réservoir comprend au moins un volume de stockage de l’air comprimé pourvu de deux moyens de liaison entre ledit volume et une chambre de collecte du mélange eau et air dans lequel débouche un tuyau de chute du mélange eau et air situé entre la surface du plan d’eau et le plancher du plan d’eau, un premier moyen de passage situé en partie haute du volume de stockage assurant le passage de l’air comprimé dans le volume de stockage depuis la chambre de collecte et un second moyen de passage, à une altitude inférieure au premier moyen de passage, assurant le passage du mélange eau et air dans le volume de stockage depuis la chambre de collecte, ledit réservoir ayant également au moins une ouverture d’évacuation de l’eau dégazée dans le plan d’eau.
Ainsi, grâce à l’invention on dispose d’un moyen de stockage d’air comprimé qui est directement relié au dispositif de production d’air comprimé, la sortie du dispositif étant directement reliée au réservoir qui assure, en complément de la chambre de collecte, la séparation eau et air.
Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l’invention, un tel dispositif de stockage peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
Tout le fond du réservoir de stockage est ouvert.
Un réservoir comprend plusieurs volumes de stockage reliés les uns aux autres et de contenance variable.
Un réservoir comprend plusieurs volumes de stockage reliés les uns aux autres et de contenance identique.
.Plusieurs réservoirs montés en série sont reliés à au moins une chambre de collecte.
Plusieurs réservoirs montés en parallèle sont reliés à au moins une chambre de collecte.
L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence au dessin annexé dans lequel:
est une représentation schématique simplifiée d’un dispositif de stockage conforme à un mode de réalisation de l’invention.
La est une vue schématique d’un dispositif de stockage 1 ou réservoir relié à une trompe hydraulique. La trompe hydraulique comprend un réservoir d’alimentation 3 en eau et en air relié par un tuyau de chute 4 vertical à une chambre de collecte 5 du mélange eau et air. Le tuyau 4, qui par la suite sera également nommé tuyau de descente, s’étend entre la surface 6 et le plancher 7 d’un plan d’eau. Le plan d’eau peut être un lac, une retenue de barrage, une carrière inondée ou l’océan. La longueur H du tuyau 4 dépend de la profondeur du plan d’eau et détermine directement la pression de l’air en sortie de la chambre de collecte 5, étant entendu que la pression relative augmente globalement d’un bar ou 105Pa tous les 10 mètres.
La chambre de collecte 5 entoure complètement l’extrémité 8 du tuyau 4 de chute, ce dernier s’étendant partiellement à l’intérieur de la chambre 5. Selon une mode de réalisation avantageux non illustré, l’extrémité 8 du tuyau 4 de chute est évasée, en entonnoir. En partie haute de la chambre 5, à une altitude supérieure à celle où se trouve l’extrémité du tuyau 4 de chute, au moins un premier moyen de liaison formé ici par une conduite 9 relie la chambre 5 à un premier volume V1 du dispositif de stockage 1. Dans le mode de réalisation illustré, le dispositif 1 comprend un second volume V2, de plus faible contenance. En variante, les volumes ont la même contenance. Les volumes V1 et V2 sont reliés en partie haute par au moins une conduite 10, qui ici est située dans le même plan que la conduite 9. Avec une telle configuration, on définit une continuité entre la chambre 5 et les volumes V1 et V2. On conçoit que, en variante, d’autres volumes peuvent être prévus à la suite du volume V2 et/ou connectés par d’autres conduites à la chambre 5, cela à partir d’un autre point de connexion que celui de la conduite 9 sur la chambre 5. En d’autres termes on peut disposer plusieurs volumes de stockage, identiques ou non, en série et/ou plusieurs dispositifs de stockage 1 en parallèles, par exemple positionnés tout autour de la chambre 5. Par ailleurs les différents volumes peuvent être configurés en anneau.
La chambre 5 est également reliée à au moins un volume V1 par au moins un second moyen de liaison, formé également dans l’exemple, par une conduite 11. La conduite 11 est positionnée sous la conduite 9 et à une altitude au moins égale à celle de l’extrémité 8 du tuyau 4. Avantageusement, comme illustré, la conduite 11 est à une altitude légèrement supérieure à celle de l’extrémité 8. Dans un autre mode de réalisation, la conduite 11 peut être positionnée plus haut mais dans tous les cas sous la conduite 9. Il est à noter que l’extrémité 12 de la conduite 11 qui débouche dans le volume V1 est coudée et orientée vers le haut, en direction de la surface 6 du plan d’eau. Dans le mode de réalisation illustré à la , une autre conduite 13 relie les volumes V1 et V2. En variante, les différents volumes sont reliés entre eux par d’autres moyens, connus en soi, que les conduites 11 et 13. De même, ces conduites 11 et 13 ne sont pas coudées mais rectilignes. La configuration géométrique des conduites 12 et 13 sont similaires, sachant que leurs diamètres peuvent être différents. Comme pour les conduite 9 et 10, le nombre des conduites 12 et 13 peut être diffèrent de celui illustré. Dans tous les cas , les divers volumes V1, V2 du dispositif de stockage 1 sont reliés entre eux et à la chambre de collecte 5 par deux types de moyens de passage tels que des conduites : un premier type de conduite 9, 10 forme de facto une continuité de volume en partie haute de la chambre 5 avec les volumes V1, V2 et un second type de conduites 11, 13 relie ces éléments entre eux, à une altitude supérieure à l’altitude de l’extrémité ouverte 8 du tuyau 4 par rapport au plancher 7. Il est à noter que, dans d’autres modes de réalisation, il n’y a pas de conduites 11, 13, le passage de l’eau se faisant directement par la base ouverte des volumes 5, V1, V2. Ceci étant, la présence des conduites 11 et 13 est avantageuse car elles permettent un temps de séjour de l’eau plus long dans les divers volumes, donc un temps de dégazage plus long.
Par ailleurs, la chambre 5 comprend un cône de guidage, non illustré, du flux du mélange eau et air en sortie de l’extrémité 8 du tuyau 4. Ce cône est positionné sous l’extrémité 8, en appui sur le plancher 7 du plan d’eau. La hauteur du cône est adaptée pour que la partie supérieure du cône soit au voisinage de la conduite 11 tout en restant sous l’extrémité 8, afin de guider le mélange sortant du tuyau 4 vers le haut, ce qui favorise le dégazage et le passage par la conduite 11. La chambre 5 est, avantageusement, pourvue d’au moins une purge, non illustrée, permettant d’évacuer l’eau restant dans la chambre 5 et donc de maintenir l’équilibre des pressions. Une telle purge est constituée d’un orifice ménagé dans la paroi de la chambre 5.
Le fonctionnement d’un tel dispositif de stockage 1 est maintenant décrit en référence au mode de réalisation de la .Le mélange eau et air arrive dans la chambre 5 par l’extrémité ouverte 8 du tuyau 4, selon la flèche F. En sortie du tuyau 4, la vitesse d’écoulement du mélange eau et air diminue au fur et à mesure que l’on s‘éloigne de l’extrémité 8 pour devenir quasiment nulle. Une forme en entonnoir, non illustrée, de l’extrémité 8 favorise le ralentissement du mélange. La séparation entre l’eau et l’air est alors initiée. L’eau s’évacue de la chambre 5 pour se mélanger à l’eau du plan d’eau par les ouvertures, non illustrées, du fond de la chambre 5 en partie basse ou, selon un mode de réalisation préféré, par le fond totalement ouvert de la chambre 5. L’évacuation se fait par équilibrage des pressions hydrostatiques entre l’eau de la chambre 5 et celle du plan d’eau, si besoin la purge équipant la chambre entrant en action. L’air, qui est comprimé à la pression régnant dans la chambre 5, donc à celle correspondant à la profondeur à laquelle est placée la chambre 5, ici sur le plancher 7 du plan d’eau, a tendance à rejoindre la surface du plan d‘eau. De ce fait, l’air comprimé se trouve bloqué en partie haute de la chambre 5. Il s’écoulera naturellement dans tout le volume disponible, en restant à la pression initiale, donc il passera par la conduite 9 pour rejoindre le volume V1, selon la flèche F1. Si un second volume V2 est, comme illustré, relié au volume V1, l’air occupera également la partie haute du volume V2 en passant par la conduite 10. L’air occupera ainsi tous les volumes disponibles.
Une partie du mélange eau et air, non encore dégazé, passe de la chambre 5 au volume V par la conduite 11, selon la flèche F2. L’orientation de l’extrémité 12 de la conduite 11 facilite, selon le mode de réalisation illustré, le dégazage du mélange eau et air et donc la récupération de l’air comprimé dans le volume V1, en partie haute de celui-ci. En variante, l’extrémité 12 de la conduite 11 n’est pas coudée. Comme illustré, une partie du mélange eau et air non dégazé passe directement du volume V1 au volume V2, le dégazage s’effectuant également à partir de l’extrémité 14 de la conduite 13. De la sorte, plus on s’éloigne de la chambre 5 et moins de mélange eau et air passe dans les volumes de stockage. Les volumes de stockage les plus éloignés de la chambre 5 sont ceux qui contiennent le moins de mélange, donc le moins d’eau non dégazé et le plus d’air comprimé.
Des ouvertures dans le fond ou un fond ouvert des volumes V1 et V2 permettent, comme pour la chambre 5, une évacuation de l’eau en direction du plan d’eau. Ainsi, par écoulement des fluides, air et eau, dans les divers éléments constitutifs du dispositif 1, cela à la pression régnant dans le plan d’eau au niveau de la position des divers éléments, on assure un remplissage progressif des volumes V1, V2 en air, ce dernier chassant l’eau hors des volumes. L’air comprimé peut être stocké pour une durée de plusieurs jours, semaines ou mois, étant empêché de s’évacuer vers la surface du plan d‘eau. On conçoit qu’il convient d’arrimer, par des moyens connus, les éléments constitutifs du dispositif 1 et de la chambre 5 au plancher 7 du plan d‘eau et/ou à la terre ferme afin d’éviter, par des mouvements de roulis et/ou tangage, toute sortie d’air.
Dans un autre mode de réalisation, au moins un des volumes V1, V2 est équipé d’au moins une conduite d’évacuation, non représentée, de l’air comprimé en direction de la surface et/ou de la terre ferme. Une telle conduite permet d’amener l’air comprimé à la pression souhaitée sur un lieu d’utilisation et/ou de stockage en surface, par exemple une bonbonne d’air comprimé. Afin d‘éviter toute fuite en surface, on peut fermer la conduite servant à évacuer l’air comprimé vers la surface du plan d’eau par un moyen connu en soi, par exemple une vanne. Dans tous les cas, ce moyen de fermeture est positionné en surface, sur la partie aérienne de la conduite. De la sorte, on facilite la manœuvre et l’entretien dudit moyen de fermeture, tout en évitant la présence de pièces mobiles sous l’eau.
Un tel dispositif est avantageusement modulable, les divers volumes étant adaptés et aisément connectables entre eux selon les besoins de stockage. Par ailleurs, le dispositif 1 peut équiper une trompe hydraulique déjà en place dans un plan d’eau, le raccordement de conduites 9 et 11 se faisant soit lors de travaux sous-marins soit la chambre 5 est préalablement pourvue de moyens de raccordement aux conduites 9 et 11. De même, si le dispositif équipe d’origine une trompe hydraulique, il est possible d’ajouter des volumes en série ou en parallèles. En variante, on peut relier plusieurs trompes à un dispositif de stockage 1 de dimensions adaptées. Dans tous les cas, la construction du dispositif 1 est simple et d’une maintenance aisée. L’absence de fond dans les divers volumes permet un équilibrage rapide et optimal des pressions entre l’intérieur et l’extérieur des volumes, ce qui permet de ne pas devoir employer des matériaux et des solutions de construction contraignantes, l’ensemble des éléments étant équilibré en termes de pression hydrostatique intérieure et extérieure.

Claims (6)

  1. Dispositif de stockage (1) sous-marin d‘air comprimé obtenu par une trompe hydraulique comportant au moins un réservoir sous-marin d’air comprimé, positionné sur le plancher (7) d’un plan d’eau et pourvu d’au moins une ouverture d’évacuation d’eau et d’au moins un moyen (11, 13) de passage d’un mélange eau et air produit par la trompe hydraulique, caractérisé en ce que le réservoir comprend au moins un volume de stockage (V1) de l’air comprimé pourvu de deux moyens (9, 11) de passage entre ledit volume (V1) et une chambre de collecte (5) du mélange eau et air dans lequel débouche un tuyau de chute (4) du mélange eau et air situé entre la surface (6) du plan d’eau et le plancher (7) du plan d’eau, un premier moyen de passage (9) situé en partie haute du volume de stockage (V1) assurant le passage de l’air comprimé dans le volume de stockage (V1) depuis la chambre de collecte (5) et un second moyen de passage (11), à une altitude inférieure au premier moyen de passage (9), assurant le passage du mélange eau et air dans le volume de stockage (V1) depuis la chambre de collecte (5), ledit réservoir (V1,V2) ayant également au moins une ouverture d’évacuation de l’eau dégazée dans le plan d’eau.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que tout le fond du réservoir (V1, V2) de stockage est ouvert.
  3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’un réservoir comprend plusieurs volumes de stockage (V1, V2) reliés (10, 13) les uns aux autres et de contenance variable.
  4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’un réservoir comprend plusieurs volumes de stockage reliés les uns aux autres et de contenance identique.
  5. . Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs réservoirs montés en série sont reliés à au moins une chambre de collecte (5).
  6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs réservoirs montés en parallèle sont reliés à au moins une chambre de collecte.
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