WO2018172704A1 - Dispositif de transformation d'une énergie cinétique d'un flux de fluide en énergie mécanique - Google Patents

Dispositif de transformation d'une énergie cinétique d'un flux de fluide en énergie mécanique Download PDF

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WO2018172704A1
WO2018172704A1 PCT/FR2018/050694 FR2018050694W WO2018172704A1 WO 2018172704 A1 WO2018172704 A1 WO 2018172704A1 FR 2018050694 W FR2018050694 W FR 2018050694W WO 2018172704 A1 WO2018172704 A1 WO 2018172704A1
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fluid flow
transformation device
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turbine
energy
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Didier Lopez
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to the fields of transport and renewable energies. More particularly, the invention relates to a traction system using renewable energies for towing a vehicle and preferably an aquatic vehicle.
  • aquatic vehicle corresponds in this document to a vehicle traveling on a waterway whether it is fluvial or maritime.
  • a battery has a complex design, it may include a specific electrolyte formed by complex salts, electrodes formed by metal oxides or graphite ... which are all elements to isolate in order to consider their recycling . From these observations result that the elimination / recycling of a battery is not an innocuous, but complex, energy-consuming and polluting act.
  • Another alternative solution has been envisaged with the use of electrolysis and in particular the supply of an electric motor by a fuel cell. However, currently the fuel cell has an energy chain yield too low to be exploitable.
  • the present invention aims to take advantage of these transport routes.
  • the present invention provides a solution for generating the movement of a vehicle from renewable energies whatever the weather conditions.
  • the Applicant has developed a traction system of a vehicle preferably aquatic, the system of traction comprising electric generating means which supply combustion gas generators.
  • the combustion gases are stored in a pressurized storage unit which supplies a heat engine, while the electrical production means comprise photovoltaic panels, a wind generator and / or a tidal generator.
  • the Applicant has designed a device for transforming a kinetic energy of a fluid flow such as water or air, responding to multidirectional flow sensing constraints.
  • fluid that are related to the use of such a vehicle-integrated processing device and preferably an aquatic vehicle.
  • the invention relates to a device for converting a kinetic energy of a fluid flow into mechanical energy, the transformation device comprising a rotatably mounted turbine adapted to rotate in response to the kinetic energy of the device.
  • a fluid flow characterized in that it comprises multidirectional fluid flow sensing elements and guide means so as to generate a flow of laminar fluid in the direction of the turbine.
  • the conversion device of the invention has the advantage of being able to capture a flow of fluid coming from any direction and to channel it in order to optimize the rotation of the turbine and thus the production of energy. electric.
  • the means for guiding the fluid flow are horizontal.
  • the means for guiding the fluid flow consist of a multi-sided chamber which extends horizontally, the multi-sided chamber being delimited laterally by its extending faces, on a defined height, perpendicular to the multi-sided chamber.
  • the multi-face chamber comprises a fluid flow guide channel.
  • the guide channel participates in the channelization of the fluid flow so as to transform the captured fluid flow into laminar fluid flow.
  • the multi-face chamber comprises a fluid flow acceleration channel making it possible to accelerate the flow of laminar fluid and to increase the efficiency of the transformation device.
  • each face comprises a fluid flow sensing member.
  • each sensing member is movably mounted between a closed position in which the sensing member exerts a reaction to the flow of fluid partitioning the multi-face chamber and an open position in which the flow fluid enters the multi-sided chamber.
  • each sensing member is formed by a flap movable in rotation about an axis.
  • each sensing element comprises a determined mechanical reaction threshold, when a speed of a fluid flow exceeds the mechanical reaction threshold, the sensing element passes from its closed position to its open position, the flow of fluid then entering the multi-face chamber.
  • the turbine is mechanically connected to a rotary mechanical receiver.
  • an alternator adapted to transform its mechanical rotational energy into electrical energy.
  • FIGS. 1 to 11 Other features and advantages will appear in the detailed description, which follows, of two non-limiting exemplary embodiments of the invention illustrated by FIGS. 1 to 11 placed in the appendix and in which
  • FIG. 1 corresponds to a representation of an aquatic vehicle equipped with a traction system according to the invention
  • FIG. 2 corresponds to a diagram illustrating a traction system according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 to 10 correspond to a representation of a kinematic of a two-stroke gas engine used in the traction system according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 11 corresponds to a schematic representation of a device for transforming a kinetic energy of a fluid into mechanical energy, this transformation device equipping the vehicle of FIG. 1.
  • the present invention relates to a traction system 1 of a vehicle 2, preferably an aquatic vehicle 2 adapted to navigate on river and / or maritime routes.
  • the traction system 1 according to the invention makes it possible to feed propulsion means of a vehicle 2, whatever the weather conditions, from renewable energies, such as solar energy, wind energy and also hydraulic energy for an aquatic vehicle.
  • I and 2 comprises means of electrical production 3 from renewable energies.
  • the electrical production means 3 are adapted to capture the solar energy by means of a photovoltaic panel 30, and preferably a set 31 of photovoltaic panels 30.
  • the photovoltaic panels 30 used include an outer coating compatible with marine use, that is to say, an outer coating resistant especially to high salt corrosion conditions.
  • the electrical production means 3 comprise a converter 32 at the output of the photovoltaic panels 30 making it possible to produce electricity at a determined voltage.
  • the photovoltaic panels 30 are arranged in height at the level of an awning 20 of the vehicle 2.
  • the photovoltaic panels 30 may be equipped in addition to a sun optimization system for varying the orientation of the photovoltaic sensors.
  • the sun optimization system may for example be constituted by jacks adapted to vary the inclination of the photovoltaic panels 30.
  • the electrical production means 3 comprise a wind power device and a hydraulic device respectively adapted to produce electricity by capturing hydraulic or air flows circulating in the immediate vicinity of the water vehicle 2. .
  • Each wind and hydro device generates electricity via an alternator and is connected to a converter 32 so as to supply electricity at a determined voltage.
  • wind turbine device there are at least two types of wind turbine device, on the one hand, a wind turbine called “horizontal axis" which is the most common and has blades perpendicular to the axis of rotation and the air flow, and on the other hand, a wind turbine called “vertical axis”.
  • turbine In the same way, there are several types of hydraulic device called “tidal turbine” that can capture a flow of water and generate electricity using an alternator. In general, it is a large turbine which is rotated by a hydraulic flow for example a marine current. However, to be loaded on an aquatic vehicle 2, a turbine must be of modest dimensions while having enough torque and allow to capture hydraulic flows whatever their orientation.
  • the plaintiff has developed a technical solution that can capture both a flow of water, a flow of air whatever their direction, to channel it into a stream laminar, and accelerate the laminar flow towards a turbine adapted to drive an alternator.
  • the traction system 1 is equipped with a device 33 for converting a kinetic energy of a fluid flow 3300 into mechanical energy through a turbine 3301 rotatably mounted and adapted to enter. in rotation in response to the kinetic energy of a fluid flow 3300.
  • the flow of fluid 3300 is illustrated in FIG. 11 by arrows oriented towards the transformation device 33.
  • the turbine 3301 for example of the squirrel cage type, that is to say, a turbine which comprises a paddle wheel mounted on an axis of rotation.
  • the axis of rotation is perpendicular to the flow of fluid and connected to a rotary mechanical receiver 3302, such as an alternator, so as to transform the mechanical rotational energy of the turbine 3301 into electrical energy (illustrated in FIG. 11). .
  • the transformation device 33 comprises, on the one hand, 3303 multidirectional fluid flow sensing members 3300 for sensing a flow of fluid 3300 whatever its orientation, and other on the other hand, guiding means 3304, so as to generate a flow of laminar fluid 3305 towards the turbine 3301.
  • the laminar fluid flow 3305 is illustrated in FIG. 11 by arrows located inside. of the transformation device 33 following the guide means towards the turbine 3301.
  • the guiding means 3304 of the fluid flow 3300 are preferably horizontal and consist of a multi-sided chamber 3306 which extends horizontally.
  • the multi-sided chamber 3306 is delimited, on the one hand, above and below respectively by an upper floor and a lower floor 3307 which extend in a direction parallel to the multi-face chamber 3306, and on the other hand, laterally by side faces 3308 which extend perpendicular to the multi-face chamber 3306 at a defined height.
  • the lateral faces 3308 of the multi-face chamber 3306 merge with a frame 21 of the vehicle 2.
  • the side faces 3308 of the multi-face chamber 3306 merge with external walls 210 of the frame 21 of the vehicle 2 here, at the hull 211 of the vehicle 2 or close to the water line of the vehicle 2 so as to be totally submerged below the waterline of the vehicle 2.
  • a transformation device 33 acting as a wind turbine it must be disposed at an aerial structure of the frame 21 of the vehicle 2, for example at the level of the canopy 20.
  • the lateral faces 3308 of the multi-face chamber 3306 merge with lateral external walls 200 of the awning 20.
  • each lateral face 3308 comprises a fluid flow sensing member 3303 3300
  • each sensing member 3303 is formed by a movable flap 3309 rotating about an axis. It follows from this feature that each sensing member 3303 is movably mounted between a closed position and an open position. Thus, when the sensing member 3303 is in the closed position, it exerts a mechanical reaction to the flow of fluid 3300 partitioning the multi-face chamber 3306. Conversely, when the sensing member 3303 is in the open position the flow fluid 3300 enters the multi-sided chamber 3306.
  • the sensing member 3303 is mechanically designed to move from a closed position to an open position, and vice versa.
  • each sensing member 3303 has a mechanical reaction threshold 3310 determined in FIG. 11 by a reaction arrow.
  • This mechanical reaction threshold 3310 can be conditioned for example by elastic mechanical means constraining the rotation of the sensing member 3303 about its axis. Therefore, when a fluid flow reaches a speed sufficient to apply on the sensing member 3303 a force greater than its mechanical reaction threshold 3310, the sensing member 3303 moves from its closed position to its open position. Once the sensing member 3303 is in the open position, the fluid flow 3300 enters the multi-face chamber 3306.
  • the multi-face chamber 3306 comprises a fluid flow guide channel 3311.
  • the guide channel 3311 has the particularity of being delimited laterally, on the one hand, by all the lateral faces 3308 of the multi-face chamber 3306, and secondly, by an inner wall 3312 which is wound on itself so as to follow the orientation of the side faces 3308.
  • the inner wall 3312 comprises a first section 3313 connected from a first side 3314 to a side face 3308 disposed at a first end 3315 of the guide channel 3311, the first section 3313 extending in the longitudinal direction of the multi-face chamber 3306.
  • An opposite second end 3316 at the first end 3314 of the first section 3313 is connected to a second section 3317 of the inner wall 3312 which acts as a junction with a first end 3318 of a third section 3319 of the wall i 3312.
  • the third section 3319 also extends in the longitudinal direction of the multi-face chamber 3306 to a second end 3320 opposite the first end 3318 and at which the inner wall 3312 is extended by a fourth section.
  • 3321 is located at a second side 3322 of the guide channel 3311.
  • the fourth section 3321 of the inner wall 3312 defines a junction zone 3323 which marks the end of the guide channel 3311 and communicates with an acceleration channel 3324.
  • the acceleration channel 3324 extends longitudinally in a gap formed between the first and third sections 3313, 3319 of the inner wall 3312 to the turbine 3301, which is positioned near the second section 3317. the inner wall 3312.
  • the fourth section 3321 of the inner wall 3312 contributes to the reduction of the section of a light of the acceleration channel 3324 promoting an acceleration of the laminar fluid flow 3305 by venturi effect.
  • the acceleration of 3305 laminar fluid flow allows to increase the torque of the turbine and 3301 and d r optimize power generation performance of the processing device 33.
  • the guide channel 3311 cooperates with the acceleration channel 3324 so as to constrain the flow of laminar fluid 3305 to make a substantially shaped stroke of spiral.
  • the flow of fluid 3300 entering the multi-face chamber 3306 first sets the multi-face chamber 3306 under pressure, then the guide channel 3311 converts the fluid flow 3300 into a laminar fluid flow 3305 and directs it towards the turbine 3301 via the acceleration channel 3324, as it passes through the latter, the laminar fluid flow 3305 accelerates by the venturi effect, that is to say, by the narrowing of the channel light acceleration 3324.
  • the fact of capturing a fluid flow 3300 in a multi-face chamber 3306 that extends horizontally makes it possible to gain compactness and promotes the superposition of several transformation devices 33 on one another.
  • the vehicle 2 is equipped with several transformation devices 33 arranged, on the one hand, at the awning 20 of the vehicle 2 and thus acting as a wind turbine, the awning 20 also being covered with photovoltaic panels 30, and on the other hand at the hull 211 of the vehicle 2 where they act as a tidal turbine.
  • the useful electricity production at the output of the electrical production means 33 is transmitted to a converter 32 which supplies electricity to a determined voltage of the combustion gas generators 4.
  • the gas generators 4 are formed by electrolysis cells 40 which are organized in groups.
  • the electrolysis cells 40 are organized in three groups a solar group 41 which is powered by the photovoltaic panels 30, a wind group 42 which is fed by a transformation device 33 acting as a wind turbine, and a hydraulic unit 43 which is fed by a transformation device 33 acting as a tidal turbine.
  • each group 41, 42, 43 of electrolysis cells 40 comprises several electrolysis cells 40 connected in parallel.
  • the three groups 41, 42, 43 of electrolysis cells 40 are also connected in parallel with each other.
  • the power generation means 3 can feed from three types of renewable energy (solar, wind, hydraulic) at least one group 41, 42, 43 of electrolytic cells 40 corresponding to the renewable energy available.
  • renewable energy solar, wind, hydraulic
  • the fact of producing electricity from three different renewable energies makes it possible to maintain a production of combustion gases almost continuously.
  • Each renewable energy source has an availability that is a function of the atmospheric conditions.
  • the means 3 of electricity production can produce electricity almost permanently overcoming the problem of usual intermittency of renewable energy sources.
  • the electrolysis cells 40 are supplied with water from either a reservoir or a surrounding aquatic environment when the vehicle 2 is aquatic.
  • Each group 41, 42, 43 of electrolytic cells 40 is supplied with a catalyst or electrolyte such as aqueous sodium chloride (NaCl) in ionic form (Na * (aq), Cl ' (aq)) which is naturally present in the water. sea water
  • a catalyst or electrolyte such as aqueous sodium chloride (NaCl) in ionic form (Na * (aq), Cl ' (aq)) which is naturally present in the water. sea water
  • each electrolysis cell 40 fitted to the traction system 1 may consist of a chamber filled with an electrolyte which corresponds to an aqueous electrolytic liquid under pressure.
  • the aqueous liquid electrolytic designates water loaded with electrolytic salts promoting the conductivity and the formation of dioxygen and dihydrogen.
  • each electrolysis cell 40 comprises a transient compartment equipped, on the one hand, with an electrolyte supply promoting the oxidation / reduction reactions, and on the other hand, with a supply of electrolyte.
  • hot water 400 under pressure providing the mechanical supplement by differential pressure and / or volume so that the electrolyte remains within the electrolytic cell 40.
  • the transient compartment is connected, on the one hand, to an anode compartment in which is disposed a fully immersed anode electrode or anode, and, on the other hand, to a cathode compartment in which a completely immersed cathode electrode or cathode is disposed. It should be noted that the transient compartment also allows the flow of electric current between the anode and the cathode.
  • the cathode and anode compartments respectively comprise a hydrogen-laden water outlet 401 and a dioxygen-loaded water outlet 402, both of which are connected to a water / gas separator adapted to separate the dioxygen and / or the dihydrogen from the aqueous liquid. electrolytic.
  • the dihydrogen and the oxygen are respectively sent into a compression / storage circuit 403, 404 which is specific to them, while the electrolyte borrows a return line to return to the chamber of the cell. electrolysis 40.
  • each electrolysis cell 40 of each group 41, 42, 43 is connected, on the one hand, to the compression / storage circuit 403 of the hydrogen, and, on the other hand, to the compression / storage circuit 404 of oxygen.
  • Each storage circuit 403, 404 makes it possible to route the hydrogen and the oxygen respectively to a pressurized storage unit 5 dedicated thereto.
  • the traction system 1 comprises a first storage unit 50 dedicated to the storage of dihydrogen, and a second storage unit 51 dedicated to the storage of dioxygen.
  • Each storage unit 50, 51 is equipped with a compressor 52 adapted to compress the gas before it is stored.
  • the compressor 52 is disposed at the inlet 53, 54 of a storage enclosure 55, 56 which includes a first safety pressure switch for controlling the internal pressure of the storage enclosure 55, 56.
  • the first safety pressure switch is programmed to trigger an alert for example sound, when the pressure approaches a threshold of predetermined mechanical strength.
  • a safety compartment 59, 60 vacuum at low pressure, for example at a pressure less than 5 bar.
  • the safety compartment is equipped with a second safety pressure switch set to detect any leak, even minimal, of the enclosure of storage 55, 56.
  • the latter is programmed to trigger an alert, for example a sound signal, signaling an abnormal pressure of the safety compartment 59, 60.
  • each storage enclosure 55, 56 is arranged an expansion valve allowing to depressurize at least partially the stored gas before it penetrates under a lower pressure into a supply circuit 6 in order to supply a heat engine 7.
  • this reaction produces twice as much and therefore twice as much volume of dihydrogen as dioxygen.
  • This parameter is taken into account in the design of the storage enclosure 55 of hydrogen which has a storage capacity twice as large as the storage capacity of the storage chamber 56 of oxygen.
  • the supply circuit 6 comprises a first pipe 60 conveying the hydrogen under pressure from its storage unit 50 to a mixer 61.
  • a second pipe 62 conveys the dioxygen under pressure from its storage unit 51 to the mixer 61.
  • the mixer 61 makes it possible to mix the dihydrogen and the oxygen which are both pressurized in order to create a gaseous mixture suitable for exploding by thermocatalysis.
  • Mixer 61 also includes a compressed air inlet to allow the mixer to mix the compressed air with oxygen and dihydrogen.
  • the supply of compressed air at a pressure substantially identical to that of the dihydrogen and of the oxygen makes it possible to vary the fuel richness of the mixture. explosive in order to modulate the speed of the heat engine 7 by 0% when the heat engine 7 is stopped at 100% when the heat engine 7 is at full speed.
  • the supply of compressed air also promotes the explosion and the availability of the oxidizer by adding oxygen to the oxygen storage chamber 56 to the oxygen naturally available in compressed air.
  • the gaseous mixture is injected into the heat engine 7 via an intake duct 63.
  • the supply circuit 6 may have a safety envelope equipped with a pressure switch for each of these elements the pipes 60, 62, the mixer 61, the intake duct 63 etc.
  • the traction system 1 is equipped with a standard heat engine 7.
  • the intake duct 63 supplies an inlet 70 of the heat engine 7 with a low pressure gas mixture preferably of a few hundred millibars to a few bars.
  • Dihydrogen and oxygen are combustion gases, here dihydrogen plays a role of fuel while oxygen plays its usual role of oxidizer in addition to dioxygen from compressed air.
  • the exhaust 71 of the heat engine 7 is water vapor and an unconsumed fraction of the gas mixture initially introduced into the intake 70 of the heat engine 7.
  • the traction system 1 comprises a device 72 for recycling the fuel gases. exhaust that is disposed at the exhaust 71.
  • the exhaust gas recycling device 72 makes it possible to capture, directly in the exhaust 71 of the heat engine 7, the unconsumed combustion gases and to reinject them at the level of the inlet 70 of the heat engine 7.
  • the recycling device 72 comprises a heat exchanger making it possible to condense the exhaust gases in order to obtain hot water between 70 ° C. and 90 ° C., which is charged with unconsumed combustion gases.
  • the recycling device 72 is adapted to separate the steam from the unconsumed combustion gases.
  • the water vapor is separated from the combustion gases not consumed by condensation. At atmospheric pressure, water vapor condenses at a temperature below 100 ° C, while dihydrogen and dioxygen can not be condensed at atmospheric pressure at positive temperatures.
  • the recycling device 72 uses a heat transfer liquid.
  • the recycling device 72 consists of a heat exchanger which uses cold water as a coolant.
  • the cold water preferably has a temperature below 20 ° C and comes from a supply line 7200 water which is fed by a hydraulic pump 7201.
  • the hydraulic pump 7201 withdraws the water in the surrounding medium.
  • gravimetric filtration is carried out at the pump 7201, for example via a zero-level ceramic filter.
  • the steam condensate is discharged to an evacuation 7202 passing through a first evacuation pipe 7203, while the unconsumed combustion gases are reinjected via a conduit recovery 74 in the mixer 61.
  • the unconsumed combustion gases are compressed at the inlet of the mixer 61 so that the mixer 61 delivers to the intake duct 63 a homogeneous gas mixture equi-pression .
  • the hot water that has served as coolant for cooling the exhaust gas is collected at the outlet of the recycling device 72 and transferred, via a recycle line 740, to a mixer / valve 8 hot water.
  • the traction system 1 also comprises a cooling system 75 of the heat engine 7.
  • the cooling system 75 of the heat engine 7 uses a circulation of a coolant to cool the heat engine 7.
  • the cooling system 75 uses cold water as coolant.
  • the cold water preferably has a temperature below 20 ° C and comes from a branch 7204 of the supply line 7200 in water.
  • the hot water produced during the cooling of the heat engine 7 is transferred to the mixer / valve 8 with hot water via a recovery line 7500.
  • the hot water mixer / valve 8 receives the hot water from the cooling system 75 of the heat engine 7 and the recycling device 72, then transfers a first portion of these hot water into a feed circuit 80. to the hot water supply channels 400 under electrolysis cells 40. The mixer / valve 8 discharges a second portion of the hot water to a drain 7202 via a second exhaust pipe 83.
  • the traction system 1 comprises a safety system 9 non-return flame which comprises a first pair of non-return flame valve disposed at the inlet and outlet of the mixer 61, a second pair of non-return valve a flame disposed at the level of the inlet 70 and an exhaust 72 of the heat engine 7, and a third pair of nonreturn valve disposed at the inlet and outlet of the exchanger of the recycling device 73 of the exhausts.
  • a safety system 9 non-return flame which comprises a first pair of non-return flame valve disposed at the inlet and outlet of the mixer 61, a second pair of non-return valve a flame disposed at the level of the inlet 70 and an exhaust 72 of the heat engine 7, and a third pair of nonreturn valve disposed at the inlet and outlet of the exchanger of the recycling device 73 of the exhausts.
  • a standard heat engine 7 makes it possible, on the one hand, to easily adapt the traction system 1 to a fleet of vehicles 2 already in circulation, and, on the other hand, to make a supply circuit 6 reversible which is adapted to switch to a fossil fuel supply in case of momentary shortage of supply of combustion gases from renewable energies.
  • the use of a standard heat engine has a low efficiency of converting the energy of the combustion gases into mechanical energy.
  • the Applicant has endeavored to develop a new two-cycle thermal engine that retains the main advantages of the standard two-stroke heat engine while eliminating its main disadvantages.
  • a two-stroke engine has the advantages of having a simple mechanical structure facilitating its maintenance, to be more powerful, less bulky and lighter than a four-stroke engine of the same cylinder capacity, to be used in all positions without substantial modification, to have a wide range of use of low speeds below 2000 rpm at very high speeds above 30000 rpm, good performance of the order of 430 ch / L without turbo or compressor, and in the case of a two-stroke direct injection engine with low fuel consumption, less than 3 L / 100km.
  • the two-stroke engine formerly widely used, was gradually replaced by the more complex four-stroke engine, which is much less polluting.
  • two main phenomena generate a significant pollution exhaust, on the one hand, too much distance traveled by the piston before the closing of the exhaust port which causes a loss of unburned fuel, and on the other hand, emissions of more or less burned oils that are released into the atmosphere and come from a lubricant in the fuel to lubricate the cylinder.
  • the fuel is fed into the low sump where the fuel is pre-compressed before passing through the cylinder into the high sump. Therefore, the two-stroke engine does not have lubrication by the presence of oil isolated and kept in the low crankcase. Lubricating oil is therefore mixed with air and fuel.
  • crankcase 701 divided into two isolated compartments at all times and under all circumstances of each other.
  • the crankcase 701 comprises a high housing 702 in which is formed a 7020 explosion chamber, and a low housing 703.
  • the high housing 702 in which is formed a 7020 explosion chamber, and a low housing 703.
  • the low casing 703 is filled with engine oil ensuring good lubrication of a crankshaft 705 which is arranged in the bottom casing 703.
  • the engine oil also makes it possible to lubricate a piston 706 which is movable between a rest position in which it is positioned in the cylinder 704 between the high casing 702 and the low casing 703, and a compression position in which it reaches a top 7021 of the chamber 7020.
  • the summit 7021 of the 7020 explosion chamber is located in the high casing 702, opposite the bottom casing 703.
  • crankshaft 705 is eccentrically connected to the piston 706 through a connecting rod 707.
  • the connecting rod 707 is connected by a rotary mechanical connection, on the one hand, axially to the piston 706, and on the other hand, eccentric crankshaft 705 using a mechanical ball joint.
  • This eccentric mechanical connection of the connecting rod 707 at the crankshaft 705 makes it possible to transform the translational movement of the piston 706, during the engine cycle, in continuous rotational movement of the crankshaft 705.
  • the crankshaft 705 is integral with a crankshaft 705. rotation shaft itself connected to a rotary mechanical receiver adapted to drive means of propulsion of the vehicle 2.
  • the two-stroke engine 700 comprises sealing means which cooperate with the piston 706 so as to hermetically isolate the high casing 702 from the low casing 703 at any time during the engine cycle and under any circumstances.
  • the sealing means are formed, on the one hand, by an expansion system 709 which equips the low casing 703, and on the other hand, at least one sealing member 710 which equips the piston 706 and of Preferably in the upper part 711 of the piston 706.
  • the piston comprises a sealing member 710 formed by a set of two segments arranged close to one another and which surround the piston 706 at its part. greater than 711.
  • the piston 706 includes a second sealing member 710 in the lower part 713 of the piston 706.
  • the insulation of the low casing 703 with respect to the high casing 702 makes it possible to prevent the engine oil present in the low casing 703 from passing to the explosion chamber 7020 where it would be partially and / or totally burned and / or rejected in the exhausts.
  • This characteristic therefore contributes to the elimination of polluting exhaust emissions, since the oil of the lower casing 703 never passes into the explosion chamber 7020.
  • the two-stroke engine 700 comprises an engine intake 70 whose intake port 712 is directly formed from a first side 7022 of the top casing 702 at the level of the explosion chamber 7020.
  • the two-stroke engine 700 comprises an engine intake 70 whose intake port 712 is directly formed from a first side 7022 of the top casing 702 at the level of the explosion chamber 7020.
  • the introduction of a gaseous mixture under pressure makes it possible to reduce the dimensions of the admission port 712 compared with those of the intake port of a standard engine.
  • the fact of reducing the dimensions of the intake port 712 makes it possible to optimize the cooperation between the piston 706 and the intake port 712. Indeed, it is possible to position the intake port 712 in a more optimal position so as to limit the stroke of the piston 706 between the intake port 712 and an exhaust port 714 which is disposed superior to the intake port.
  • This characteristic makes it possible to limit the washing time of the explosion chamber 7020 by the fresh gas mixture before restarting an engine cycle. This characteristic advantageously reduces the consumption in gaseous mixture.
  • the intake light 712 is. connected to an intake duct 63 through which passes a flow of a pressurized gas adapted to explode by thermo catalysis.
  • the pressurized gas flow corresponds to the gas mixture dihydrogen / dioxygen / pressurized air that comes from the mixer 61 via the inlet duct 63.
  • the two-stroke engine 700 comprises an ignition system 716 adapted to create an electric arc capable of thermally catalyzing the explosion of the gaseous mixture pressurized and compressed in the cycle.
  • the ignition system 716 is formed by spark plugs which are disposed at the top 7021 of the explosion chamber 7020.
  • the two-stroke engine 700 comprises an engine exhaust 71 whose exhaust port 714 is formed of a second side 7023 of the high casing 702 at the level of the explosion chamber 7020.
  • the exhaust port 714 is positioned more than the intake port 712.
  • the exhaust port 714 comprises a mechanical system making it possible to vary the height of the opening of the exhaust port 714 which makes it possible to limit the gas load losses, in particular for the low and mid engine speeds. This characteristic makes it possible to increase the torque and the flexibility of the two-stroke explosion engine 700.
  • the exhaust port 714 is connected to an exhaust duct 715 conveying the engine exhausts to the recycling device 72 for recovering the unconsumed combustion gases and reinjecting them thereafter to the level 1. admission 70.
  • the two-stroke engine 700 comprises a cooling system 75 of the cylinder 704.
  • the cooling system 75 is an open circuit using cold water. middle from; supply line: 7200 in water which is: powered by 7201 hydraulic pump.
  • the engine cycle comprises an intake step illustrated in FIG. 3.
  • the piston 706 is in the rest position, thus leaving the intake port 712 and the exhaust port 714 in the open position.
  • the gaseous dihydrogen / dioxygen pressurized mixture enters through the intake port 712 into the explosion chamber 7020.
  • the gas flow is schematized by arrows penetrating from the intake duct 63 to the explosion chamber 7020.
  • the engine cycle comprises a compression step which is illustrated in FIGS. 4 and 5.
  • the piston 706 moves from its rest position to its compression position, the piston 706 extends towards the top 7021 of the chamber
  • the sealing members 710 then seal the intake and exhaust ports 712 and 714. This feature promotes, on the one hand, good compression of the gaseous mixture present in the explosion chamber 7020. and on the other hand, the second sealing member 710 located in the lower part 713 of the piston 706 makes it possible to isolate the lower casing 703 from the engine intake 70 when the piston 706 is in the compression position or close to the position compression (shown in Figures 5 to 7).
  • the engine cycle comprises a step of igniting the gaseous mixture that occurs when the piston 706 reaches its compression position and that its upper part 711 is in the immediate vicinity of the top 7021 of the explosion chamber. 7020.
  • the ignition system 716 generates an electric arc that triggers the explosion of the compressed gas mixture.
  • the electric arc is symbolized by a spark 717 located between the piston 706 and the top 7021 of the explosion chamber 7020.
  • FIG. 8 illustrates an exhaust step corresponding to the instant of the engine cycle in which the piston 706 is pushed back below the exhaust port 714.
  • the exhaust port then allows the gases coming from the combustion and unconsumed combustion gases to escape from the explosion chamber 7020.
  • the exhaust gas after the explosion is illustrated by an arrow in the exhaust port 714 which exits from the explosion chamber 7020 in the direction of the exhaust pipe 715.
  • the engine cycle comprises a washing step of the explosion chamber 7020 which is illustrated in FIGS. 9 and 10.
  • This step consists in driving the exhaust gases 714 through the exhaust gas 714.
  • engine cycle that ends and replace them with fresh gaseous pressurized mixture.
  • this step is only possible when the piston 706 is pushed lower than the intake port 712 within the cylinder 704, in which situation the intake port 712 is open and allows the gas mixture to enter. (illustrated by arrows).
  • the excess gas mixture used to wash the explosion chamber 7020 is recovered at the recycling device 72 to be reinjected at the intake port 712 (see above).
  • This characteristic makes it possible to increase the efficiency of the two-stroke engine 700, and to avoid any polluting rejection resulting from an engine cycle.
  • such a two-stroke engine 700 can quite fit a land vehicle such as an automobile.
  • explosion 700 the production of dihydrogen and dioxygen can be performed landed and desynchronized way thanks to the renewable energy exploited in the present invention.

Abstract

L'invention porte sur un dispositif de transformation (33) d'une énergie cinétique d'un flux de fluide (3300) en énergie Mécanique, le dispositif de transformation (33) comprenant turbine (3301) montée rotative et adaptée à entrer en rotation en réaction à l'énergie cinétique d'un flux de fluide (3300). Selon l'invention, le dispositif de transformation (33) comporte des organes de captage (3303) multidirectionnels de flux de fluide (3300) et des moyens de guidage (3304) de manière à générer un flux de fluide laminaire (3305) en direction de la turbine (3301).

Description

Dispositif de transformation d'une énergie cinétique d'un flux de fluide en énergie mécanique
La présente invention concerne les domaines des transports et des énergies renouvelables. Plus particulièrement, l'invention concerne un système de traction utilisant des énergies renouvelables pour tracter un véhicule et de préférence un véhicule aquatique .
Il est à noter que l'expression « véhicule aquatique » correspond dans ce document à un véhicule se déplaçant sur une voie navigable qu'elle soit fluviale ou maritime.
Initialement, le transport aquatique de biens et de personnes sur toutes les voies navigables mais aussi les déplacements pour des activités professionnelles (pêche, surveillance, activités scientifiques, police et militaire, tourisme etc.) ainsi que la plaisance, présentaient de nombreux atouts. En effet, la navigation à la voile utilise directement sur le lieu d'utilisation, une énergie éolienne gratuite et totalement renouvelable. De plus, la navigation à la voile présente également l'avantage de ne produire aucun rejet et aucune pollution pour produire cette énergie ou bien l'exploiter.
Le contexte économique du XXème siècle et notamment la nécessité de transporter de plus en plus vite des quantités de marchandises et/ou de personnes de plus en plus importantes a conduit au remplacement de l'usage de l'énergie éolienne par l'usage d'énergies fossiles comme source d'énergie de déplacement . Face à cette évolution les inconvénients de l'énergie éolienne qui n'est pas stockée et dont la disponibilité est intermittente voire inexistante sur certaines voies fluviales , sont devenus rédhibitoires . Le constat suivant est donc établi la navigation à la voile n'est plus en adéquation avec nos besoins actuels et à venir .
De nos jours, la navigation à la voile ne reste plus utilisée que pour la plaisance et la compétition, les transports notamment maritimes et fluviaux, utilisant, sauf à de rares exceptions , des énergies fossiles comme source d'énergie pour se déplacer .
Or, l'entrée dans le XXIème siècle a mis en lumière un épuisement des ressources d' énergie fossile qui étaient jusque là abondantes et parfois même considérées comme illimitées. Cette diminution de la disponibilité des énergies fossiles se répercute par une augmentation constante de leur cours sur les marchés internationaux. De ce fait, la consommation d'énergies fossiles impacte de plus en plus lourdement le coût des transports .
De plus, la consommation d'énergies fossiles impacte également l'environnement et la santé publique.
D'une part, il est admis que la combustion des énergies fossiles entraine une pollution directe générée par les rejets de combustion (C02 , particules, gaz etc.) . Ces rejets de combustion participent à la dégradation de conditions environnementales telles que la réduction de la couche d' ozone due notamment à l'amplification du phénomène d'effet de serre, la qualité de l'air, la qualité des eaux fluviales ou maritimes. Cette dégradation environnementale se répercute à son tour sur la faune et la flore. Par ricochet, la santé publique se trouve impactée par ces dégradations environnementales qui sont, notamment sources de troubles respiratoires, cutanés et de métabolisme. D'autre part, l'utilisation d'énergies fossiles implique également une pollution générée en amont lors de leur extraction, de leur traitement et de leur transport et en aval lors de la dépollution des équipements .
Enfin, même si c'est un phénomène ponctuel, la pollution accidentelle impacte lourdement l'environnement, la faune et la flore sur une zone déterminée à proximité du lieu de l'accident.
Au regard des inconvénients de l'utilisation des énergies fossiles comme source de déplacement, des projets de motorisation électriques notamment alimentées par de l'énergie solaire ont été développés. Ces projets permettent d'envisager à long terme des solutions viables.
Toutefois, à l'heure actuelle l'énergie solaire présente le désagrément d'être intermittente et le stockage de l'énergie solaire sous forme d' électricité générée par des panneaux photovoltalques dans des batteries présente un certain nombre de problèmes, et ne constitue pas une solution satisfaisante. Si pendant l'exploitation, la production d'électricité par des panneaux photovoltalques n'est pas polluante, le stockage de l'électricité dans des batteries n'est pas si avantageux.
Tout d'abord, la fabrication d'une batterie est polluante et requière des ressources limitées par exemple le lithium, le cobalt ou encore le manganèse. De plus, une batterie présente une conception complexe, elle peut comprendre un électrolyte spécifique formé par des sels complexes , des électrodes formées par des oxydes de métaux ou du graphite... qui sont autant d'éléments à isoler afin d'envisager leur recyclage. De ces constations résultent que 1 ' élimination/recyclage d'une batterie n'est pas un acte anodin, mais complexe, énergivore et polluant. Une autre solution alternative a été envisagée avec une utilisation de 1 ' électrolyse et notamment l'alimentation d'une motorisation électrique par une pile à combustible. Toutefois, actuellement la pile à combustible comporte une chaîne énergétique de rendement trop faible pour être exploitable .
De nombreux pays comme la France disposent de voies navigables étendues ou d' accès maritimes multiples qui constituent des voies de transport qui ne sont plus suffisamment utilisées . Dans ce contexte, la présente invention a pour objectif de tirer profit de ces voies de transport. Λ ces fins, la présente invention propose une solution permettant de générer le déplacement d'un véhicule à partir d'énergies renouvelables quelques soient les conditions atmosphériques .
Dans cet objectif, la demanderesse a développé un système de traction d'un véhicule de préférence aquatique, le système de 'traction comprenant des moyens de production électrique qui alimentent des générateurs de gaz de combustion. Avantageusement, les gaz de combustion sont stockés dans une unité de stockage pressurisée qui alimente un moteur thermique, alors que les moyens de production électrique comportent des panneaux photovoltaiques , un générateur éolien et/ou une génératrice hydrolienne .
Dans le cadre du développement de ce système de traction, la demanderesse a conçu un dispositif de transformation d'une énergie cinétique d'un flux fluide tel que de l'eau ou de l'air, répondant à des contraintes de captage multidirectionnel des flux de fluide qui sont liées à l'utilisation d'un tel dispositif de transformation intégré à un véhicule et de préférence un véhicule aquatique .
Ά cet effet, l'invention concerne un dispositif de transformation d'une énergie cinétique d'un flux de fluide en énergie mécanique, le dispositif de transformation comprenant une turbine montée rotative et adaptée à entrer en rotation en réaction à l'énergie cinétique d'un flux de fluide, caractérisé en ce qu' il comporte des organes de captage multidirectionnels de flux de fluide et des moyens de guidage de manière à générer un flux de fluide laminaire en direction de la turbine .
Le dispositif de transformation de l'invention présente l'avantage de pouvoir capter un flux de fluide provenant de n'importe quelle direction et de le canaliser dans le but d' optimiser la mise en rotation de la turbine et donc la production d' énergie électrique .
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens de guidage du flux de fluide sont horizontaux.
Cette caractéristique permet de répondre à des contraintes de compacité de manière à adapter le dispositif de transformation sur un véhicule qui présente par définition une surface d' exposition limitée aux flux de fluide qu' ils soient aériens et/ou aquatiques dans le cas d'un véhicule aquatique. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, les moyens de guidage du flux de fluide sont constitués d'une chambre multi-faces qui s'étend horizontalement, la chambre multi-faces étant délimitée latéralement par ses faces qui s'étendent, sur une hauteur définie, de manière perpendiculaire à la chambre multi-faces .
Selon une première particularité du deuxième mode de réalisation de l'invention, la chambre multi-faces comporte un canal de guidage de flux de fluide. Le canal de guidage participe à la canalisation du flux de fluide de manière à transformer le flux de fluide capté en flux de fluide laminaire.
Selon une deuxième particularité du deuxième mode de réalisation de l'invention, la chambre multi-faces comporte un canal d' accélération de flux de fluide permettant d' accélérer le flux de fluide laminaire et d' augmenter le rendement du dispositif de transformation .
Selon une troisième particularité du deuxième mode de réalisation de l'invention, chaque face comporte à un organe de captage de flux de fluide .
Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, chaque organe de captage est monté mobile entre une position fermée dans laquelle l'organe de captage exerce une réaction au flux de fluide cloisonnant la chambre multi-faces et une position ouverte dans laquelle le flux fluide pénètre dans la chambre multi-faces.
Selon une première particularité du troisième mode de réalisation de l'invention, chaque organe de captage est formé par un volet mobile en rotation autour d' un axe .
Selon une seconde particularité du troisième mode de réalisation de l'invention, chaque organe de captage comporte un seuil de réaction mécanique déterminé, lorsqu'une vitesse d'un flux de fluide dépasse le seuil de réaction mécanique, l'organe de captage passe de sa position fermée à sa position ouverte, le flux de fluide pénétrant alors dans la chambre multi-faces. Ces caractéristiques permettent au dispositif de transformation de capter et de canaliser sélectivement le flux de fluide le plus puissant qui permettra de générer le plus d' énergie électrique .
Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, la turbine est reliée mécaniquement à un récepteur mécanique rotatif. De préférence, un alternateur adapté à transformer son énergie mécanique de rotation en énergie électrique.
D'autres particularités et avantages apparaîtront dans la description détaillée, qui suit, de deux exemples de réalisation, non limitatifs, de l'invention illustrés par les figures 1 à 11 placées en annexe et dans lesquelles
- la figure 1 correspond à une représentation d'un véhicule aquatique équipé d' un système de traction conforme à l'invention ;
- la figure 2 correspond à un schéma illustrant un système de traction conforme à un premier exemple de réalisation de 1' invention ;
- les figures 3 à 10 correspondent à une représentation d' une cinématique d' un moteur deux temps à gaz utilisé dans le système de traction conforme à un deuxième exemple de réalisation de l'invention ; et
- la figure 11 correspond à une représentation schématique d'un dispositif de transformation d'une énergie cinétique d'un fluide en énergie mécanique, ce dispositif de transformation équipant le véhicule de la figure 1.
La présente invention concerne un système de traction 1 d'un véhicule 2 de préférence un véhicule 2 aquatique adapté à naviguer sur des voies fluviales et/ou maritimes . Avantageusement, le système de traction 1 selon l'invention permet d'alimenter des moyens de propulsion d'un véhicule 2, quelques soient les conditions atmosphériques, à partir d'énergies renouvelables, telles que l'énergie solaire, l'énergie éolienne et également l'énergie hydraulique pour un véhicule aquatique .
Dans cette optique le système de traction 1 illustré aux figures
I et 2, comprend des moyens de production électrique 3 à partir d'énergies renouvelables.
A ces fins, les moyens de production électrique 3 sont adaptés à capter l'énergie solaire par l'intermédiaire d'un panneau photovoltaxque 30, et de préférence d'un ensemble 31 de panneaux photovoltaiques 30. Dans le cas particulier d'un véhicule 2 aquatique, les panneaux photovoltaiques 30 utilisés comportent un revêtement extérieur compatible avec une utilisation marine, c'est-à-dire, un revêtement extérieur résistant notamment à des conditions de corrosion salines élevées. Les moyens de production électrique 3 comprennent un convertisseur 32 en sortie des panneaux photovoltaxque 30 permettant de produire de l'électricité à une tension déterminée.
Dans l'exemple illustré à la figure 1, afin de conférer une exposition maximale aux rayons du soleil , les panneaux photovoltaiques 30 sont disposés en hauteur au niveau d'un auvent 20 du véhicule 2.
II est à noter que les panneaux photovoltaiques 30 peuvent être équipés en sus d'un système d'optimisation de l'ensoleillement permettant de faire varier l'orientation des capteurs photovoltaxque. Le système d'optimisation de l'ensoleillement peut par exemple être constitué par des vérins adaptés à faire varier l'inclinaison des panneaux photovoltaiques 30.
De plus, afin d'optimiser la production d'électricité, les moyens de production électrique 3 comportent un dispositif éolien et un dispositif hydraulique respectivement adaptés à produire de l'électricité en captant des flux hydrauliques ou aériens circulant aux alentours immédiats du véhicule 2 aquatique. Chaque dispositif éolien et hydraulique produit de l'électricité via un alternateur et est connecté à un convertisseur 32 de manière à fournir de l'électricité à une tension déterminée .
Cependant, le fait d'intégrer tant un dispositif éolien qu'un dispositif hydraulique à un véhicule 2 présente des contraintes auxquelles l'état de la technique en matière de dispositifs éolien et hydraulique ne propose pas de solution .
En effet, il existe au moins deux types de dispositif éolien, d'une part, une éolienne dite à « axe horizontale » qui est la plus courante et présente des pales perpendiculaires à l'axe de rotation et au flux d'air, et d'autre part, une éolienne dite à « axe verticale » .
Dans les deux cas, ces éoliennes comportent un rotor qui doit être placé le plus haut possible pour être exposé à des flux d' air réguliers et non impactes par les turbulences régnant tant au sol qu'à la surface de l'eau. De plus, le rotor des éoliennes à axe horizontal doit être disposé d' autant plus haut qu' il comporte des pales verticales qui doivent être de grandes dimensions pour entraîner en rotation le rotor et l'alternateur. Or, de telles caractéristiques sont incompatibles avec les contraintes d'un véhicule 2 destiné à se déplacer tout en captant des flux d' air d' orientation multiple de manière à générer de l'électricité.
De la même manière, il existe plusieurs types de dispositif hydraulique encore appelé « hydrolienne » qui permettent de capter un flux d'eau et de générer de l'électricité à l'aide d'un alternateur. En général, il s'agit d'une turbine de grandes dimensions qui est entraînée en rotation par un flux hydraulique par exemple un courant marin. Toutefois, pour être embarquée sur un véhicule 2 aquatique, une turbine doit être de dimensions modestes tout en ayant suffisamment de couple et permettre de capter des flux hydrauliques quelques soient leur orientation.
Dans ce contexte, la demanderesse a développé une solution technique qui permet de capter tant un flux d'eau, qu'un flux d'air quelques soient leur direction, de le canaliser en un flux laminaire, et d'accélérer le flux laminaire en direction d'une turbine adaptée à entrainer un alternateur .
Comme illustré aux figures 1 et 2 , le système de traction 1 est équipé d' un dispositif de transformation 33 d' une énergie cinétique d'un flux de fluide 3300 en énergie mécanique au travers d'une turbine 3301 montée rotative et adaptée à entrer en rotation en réaction à l'énergie cinétique d'un flux de fluide 3300.
Le flux de fluide 3300 est illustré à la figure 11 par des flèches orientées en direction du dispositif de transformation 33. Ici, la turbine 3301, par exemple de type à cage à écureuil, c'est-à-dire, une turbine qui comporte une roue à aubes montée sur un axe de rotation. L'axe de rotation est perpendiculaire au flux de fluide et connecté à un récepteur mécanique rotatif 3302, tel qu'un alternateur, de manière à transformer l'énergie mécanique de rotation de la turbine 3301 en énergie électrique (illustré à la figure 11) .
Dans l'exemple illustré à la figure 11, le dispositif de transformation 33 comporte, d'une part, des organes de captage 3303 multidirectionnels de flux de fluide 3300 permettant de capter un flux de fluide 3300 quelque soit son orientation, et d'autre part, des moyens de guidage 3304, de manière à générer un flux de fluide laminaire 3305 en direction de la turbine 3301. Il est à noter que le flux de fluide laminaire 3305 est illustré à la figure 11 par des flèches situées à l'intérieur du dispositif de transformation 33 suivant les moyens de guidage en direction de la turbine 3301.
Ici, les moyens de guidage 3304 du flux de fluide 3300 sont de préférence horizontaux et constitués d'une chambre multi-faces 3306 qui s'étend horizontalement. La chambre multi-faces 3306 est délimitée, d'une part, supérieurement et inférieurement respectivement par un plancher supérieur et un plancher inférieur 3307 qui s'étendent dans une direction parallèle à la chambre multi-faces 3306, et d'autre part, latéralement par des faces latérales 3308 qui s ' étendent de manière perpendiculaire à la chambre multi-faces 3306 sur une hauteur définie.
Comme illustré à la figure 1, dans l'optique d'intégrer le dispositif de transformation 33 au véhicule 2, les faces latérales 3308 de la chambre multi-faces 3306 se confondent avec un bâti 21 du véhicule 2. Dans le cas d'un dispositif de transformation 33 agissant comme une hydrolienne immergée ou partiellement immergée, les faces latérales 3308 de la chambre multi-faces 3306 se confondent avec des parois externes 210 du bâti 21 du véhicule 2 ici, au niveau de la coque 211 du véhicule 2 soit à proximité de la ligne de flottaison du véhicule 2 soit afin d' être totalement immergées sous la ligne de flottaison du véhicule 2.
A l'inverse dans le cas d'un dispositif de transformation 33 agissant comme une éolienne, celui-ci doit être disposé au niveau d'une structure aérienne du bâti 21 du véhicule 2, par exemple au niveau du auvent 20. Dans ce cas, les faces latérales 3308 de la chambre multi-faces 3306 se confondent avec des parois externes latérales 200 du auvent 20.
Dans l'exemple illustré à la figure 11, chaque face latérale 3308 comporte à un organe de captage 3303 de flux de fluide 3300, chaque organe de captage 3303 est formé par un volet mobile 3309 en rotation autour d'un axe. Il découle de cette caractéristique que chaque organe de captage 3303 est monté mobile entre une position fermée et une position ouverte. Ainsi, lorsque l'organe de captage 3303 est en position fermée, il exerce une réaction mécanique au flux de fluide 3300 cloisonnant la chambre multi-faces 3306. A l'inverse, lorsque l'organe de captage 3303 est en position ouverte le flux fluide 3300 pénètre dans la chambre multi-faces 3306.
Dans le présent exemple, l'organe de captage 3303 est conçu mécaniquement pour passer d'une position fermée à une position ouverte, et vice versa. Dans cet objectif, chaque organe de captage 3303 comporte un seuil de réaction 3310 mécanique déterminé illustre à la figure 11 par une flèche de réaction. Ce seuil de réaction 3310 mécanique peut être conditionné par exemple via des moyens mécaniques élastiques contraignant la rotation du de l'organe de captage 3303 autour de son axe. Dès lors , lorsqu' un flux de fluide atteint une vitesse suffisante pour appliquer sur l'organe de captage 3303 une force supérieure à son seuil de réaction mécanique 3310, l'organe de captage 3303 passe de sa position fermée à sa position ouverte. Une fois l'organe de captage 3303 en position ouverte, le flux de fluide 3300 pénètre dans la chambre multi-faces 3306.
Comme illustré à la figure 11, la chambre multi-faces 3306 comporte un canal de guidage 3311 de flux de fluide 3300. Le canal de guidage 3311 présente la particularité d'être délimité latéralement, d'une part, par toutes les faces latérales 3308 de la chambre multi-faces 3306, et d'autre part, par une paroi interne 3312 qui s'enroule sur elle-même de manière à suivre l'orientation des faces latérales 3308. A ces fins, la paroi interne 3312 comporte une première section 3313 reliée d'un premier côté 3314 à une face latérale 3308 disposée à une première extrémité 3315 du canal de guidage 3311, la première section 3313 s' étendant dans la direction longitudinale de la chambre multi-faces 3306. Une seconde extrémité 3316 opposée à la première extrémité 3314 de la première section 3313 est reliée à une deuxième section 3317 de la paroi interne 3312 qui fait office de jonction avec une première extrémité 3318 d'une troisième section 3319 de la paroi interne 3312. La troisième section 3319 s'étend également dans la direction longitudinale de la chambre multi-faces 3306 jusqu'à une seconde extrémité 3320 opposée à la première extrémité 3318 et au niveau de laquelle la paroi interne 3312 est prolongée par une quatrième section 3321 située au niveau d'un second côté 3322 du canal de guidage 3311. La quatrième section 3321 de la paroi interne 3312 définit une zone de jonction 3323 qui marque la fin du canal de guidage 3311 et communique avec un canal d'accélération 3324. Dans le présent exemple, le canal d'accélération 3324 s'étend longifcudinalement dans un interstice ménagé entre les première et troisième sections 3313, 3319 de la paroi interne 3312 jusqu'à la turbine 3301 qui est positionnée à proximité de la deuxième section 3317 de la paroi interne 3312. Avantageusement, la quatrième section 3321 de la paroi interne 3312 participe à la réduction de la section d'une lumière du canal d'accélération 3324 favorisant une accélération du flux de fluide laminaire 3305 par effet venturi. Avantageusement, l'accélération du flux de fluide laminaire 3305 permet d' augmenter le couple de la turbine 3301 et ainsi dr optimiser le rendement de production électrique du dispositif de transformation 33.
Comme illustré à la figure 11, lorsque le flux de fluide 3300 pénètre dans la chambre multi-faces 3306 par la face latérale 3308 la plus éloignée du canal d'accélération 3324 située niveau du premier côté 3315 du canal de guidage 3311, le flux de fluide 3300 est canalisé en flux de fluide laminaire 3305 et dirigé directement vers la turbine 3301. Avantageusement, le canal de guidage 3311 coopère avec le canal d'accélération 3324 de manière à contraindre le flux de fluide laminaire 3305 à effectuer une course sensiblement en forme de spirale.
A l'inverse, si le flux de fluide 3300 pénètre par une face latérale 3308 qui comporte une ou plusieurs faces latérales 3308 en amont de sa position, c'est-à-dire, en direction du premier côté 3315 du canal de guidage 3311. Dans ce cas, le flux de fluide 3300 entrant dans la chambre multi-faces 3306 commence par mettre la chambre multi-faces 3306 sous pression, ensuite, le canal de guidage 3311 transforme le flux de fluide 3300 en flux de fluide laminaire 3305 et le dirige en direction de la turbine 3301 via le canal d'accélération 3324, au passage dans ce dernier, le flux de fluide laminaire 3305 accélère par effet venturi, c'est-à-dire, de par le rétrécissement de la lumière du canal d' accélération 3324.
Il est à noter, que lorsqu'un flux de fluide 3300, 3305 entre dans la chambre multi-faces 3306, le flux de fluide 3300, 3305 applique une pression interne sur les organes de captâge 3303 augmentant ainsi leur seuil mécanique de réaction 3310 à un flux de fluide 3300 extérieur. Avantageusement, cette caractéristique favorise uniquement l'entrée du flux de fluide 3300 le plus puissant au sein de la chambre multi-faces 3306. Ainsi, lorsque l'orientation du flux de fluide 3300 le plus fort change, les organes de captage 3303 réagissent l'organe de captage 3303 correspondant à la précédente orientation du flux de fluide 3300 le plus fort se ferme, dans le même temps le nouvel organe de captage 3303 se situant dans l'axe de la nouvelle orientation du flux de fluide 3300 le plus fort s'ouvre pour le laisser pénétrer dans la chambre multi-faces 3306.
Comme illustré à la figure 1 , le fait de capter un flux de fluide 3300 dans une chambre multi-faces 3306 qui s'étend horizontalement permet de gagner en compacité et favorise la superposition de plusieurs dispositif de transformation 33 les uns sur les autres. Ici, le véhicule 2 est équipé de plusieurs dispositifs de transformation 33 disposés, d'une part, au niveau du auvent 20 du véhicule 2 et agissant ainsi comme éolienne, le auvent 20 étant également recouvert de panneaux photovoltalques 30, et d'autre part, au niveau de la coque 211 du véhicule 2 où ils agissent comme hydrolienne .
L'utilisation d'un canal d'accélération 3324 afin d'accélérer le flux de fluide laminaire 3305, permet d'estimer que la puissance électrique de la turbine 3301 suit approximativement « la limite de Betz ». En utilisant, la formule de « la limite de Betz » il est possible d' estimer une puissance en Watt à partir notamment de la vitesse d'un fluide selon la formule suivante
Figure imgf000015_0001
Avec,
Pw = puissance en watts
p = masse volumique du fluide
S = surface en m2
V = vitesse du fluide en m/s Dans l'exemple illustré à la figure 2, la production d'électricité utile, en sortie des moyens de production 33 électrique, est transmise à un convertisseur 32 qui alimentent en électricité à une tension déterminée des générateurs de gaz 4 de combustion. Ici, les générateurs de gaz 4 sont formés par des cellules à électrolyse 40 qui sont organisées par groupe. De préférence, les cellules à électrolyse 40 sont organisées selon trois groupes un groupe solaire 41 qui est alimenté par les panneaux photovoltaiques 30, un groupe éolien 42 qui est alimenté par un dispositif de transformation 33 agissant comme éolienne, et un groupe hydraulique 43 qui est alimenté par un dispositif de transformation 33 agissant comme hydrolienne .
De préférence, chaque groupe 41, 42, 43 de cellules à électrolyse 40 comporte plusieurs cellules à électrolyse 40 montées en parallèle. Les trois groupes 41, 42, 43 de cellules à électrolyse 40 sont également montés en parallèle les uns par rapport aux autres .
Comme expliqué dans le Tableau 1 ci-dessous , les moyens de production électrique 3 permettent d' alimenter à partir de trois types d'énergie renouvelable (solaire, éolien, hydraulique) au moins un groupe 41, 42, 43 de cellules à électrolyse 40 correspondant à l'énergie renouvelable disponible. Le fait de produire de l'électricité à partir de trois énergies renouvelables différentes permet de maintenir une production de gaz de combustion en quasi permanence. Chaque source d'énergie renouvelable présente une disponibilité qui est fonction des conditions atmosphériques. Ici , les moyens de production électrique 3 peuvent produire de l'électricité en quasi permanence palliant au problème d' intermittence habituelle des sources d' énergie renouvelable .
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000017_0002
Tableau 1
Dans le présent exemple, les cellules à électrolyse 40 sont alimentées en eau provenant soit d'un réservoir soit d'un milieu aquatique environnant lorsque le véhicule 2 est aquatique.
Chaque groupe 41, 42, 43 de cellules à électrolyse 40 est alimenté en catalyseur ou électrolyte tel que du chlorure de sodium (NaCl) aqueux sous forme ionique (Na* (aq) ,Cl'(aq)) qui se trouve naturellement dans l'eau mer.
De manière connue, 1 ' électrolyse de l'eau permet de produire du dihydrogène et du dioxygène sous forme gazeuse selon l'équation suivante
Figure imgf000017_0001
Ces deux gaz mêlés l'un à l'autre sous pression présente des propriétés explosives remarquables que nous souhaitons exploiter dans le cadre du système de traction 1 de la présente invention .
Toutefois, ces propriétés explosives nous contraignent à isoler le dihydrogène et le dioxygène l'un de l'autre, et à les stocker indépendamment. A cet effet, de manière connue lors de 1 ' électrolyse de 1 ' eau , le dioxygène se forme par une réaction d'oxydation au niveau de l'anode d'une cellule à électrolyse 40. A l'inverse, le dihydrogène se forme par une réaction de réduction au niveau de la cathode. Dans ce contexte, il est possible d' isoler la production de dihydrogène de la production de dioxygène en séparant la cathode et l'anode.
Suivant ce précepte, par exemple, chaque cellule à électrolyse 40 équipant le système de traction 1 peut consister en une chambre remplie d'un électrolyte qui correspond à un liquide aqueux éleetrolytique sous pression .
Ici, le liquide aqueux éleetrolytique désigne de l'eau chargée en sels électrolytiques favorisant la conductivité et la formation du dioxygène et du dihydrogène .
Dans le présent exemple, la chambre de chaque cellule à électrolyse 40 comporte un compartiment transitoire équipé, d'une part, d'une alimentation en électrolyte favorisant les réactions d' oxydo/réduction , et d'autre part, d'une alimentation d'eau chaude 400 sous pression assurant l'appoint mécaniquement par différentiel de pression et/ou de volume de manière à ce que 1' électrolyte reste au sein de la cellule à électrolyse 40.
Le compartiment transitoire est relié, d'une part, à un compartiment anodique dans lequel est disposée une électrode anodique ou anode totalement immergée, et d'autre part, à un compartiment cathodique dans lequel est disposée une électrode cathodique ou cathode totalement immergée. XI est à noter que le compartiment transitoire permet également la circulation du courant électrique entre l'anode et la cathode. Les compartiments cathodique et anodique comportent respectivement une sortie d'eau chargée en dihydrogène 401 et une sortie d'eau chargé en dioxygène 402 qui sont toutes deux connectées à un séparateur eau/gaz adapté à séparer le dioxygène et/ou le dihydrogène du liquide aqueux électrolytique . En sortie du séparateur eau/gaz, le dihydrogène et le dioxygène sont respectivement envoyés dans un circuit de compression/stockage 403, 404 qui leur est spécifique, alors que l' électrolyte emprunte une canalisation de retour afin de retourner dans la chambre de la cellule à électrolyse 40.
Comme illustré à la figure 2, chaque cellule à électrolyse 40 de chaque groupe 41, 42, 43 est connectée, d'une part, au circuit de compression/stockage 403 du dihydrogène, et d'autre part, au circuit de compression/stockage 404 du dioxygène. Chaque circuit de stockage 403, 404 permet d'acheminer respectivement le dihydrogène et le dioxygène à une unité de stockage 5 pressurisée qui leur est dédiée. Ainsi, le système de traction 1 comporte une première unité de stockage 50 dédiée au stockage du dihydrogène, et une seconde unité de stockage 51 dédiée au stockage du dioxygène.
Chaque unité de stockage 50, 51 est équipée d'un compresseur 52 adapté à comprimer le gaz avant qu'il soit stocké. Le compresseur 52 est disposé en entrée 53, 54 d'une enceinte de stockage 55, 56 qui comporte un premier pressostat de sécurité permettant de contrôler la pression interne de l'enceinte de stockage 55, 56. Le premier pressostat de sécurité est programmé pour déclencher une alerte par exemple sonore, lorsque la pression approche d'un seuil de résistance mécanique prédéterminé .
De surcroit, afin de prévenir toute rupture accidentelle de l'enceinte de stockage 55, 56, celle-ci est enveloppée par un compartiment de sécurité 59, 60 vide à basse pression, par exemple à une pression inférieure à 5 bars . Le compartiment de sécurité est équipé d'un second pressostat de sécurité paramétré de manière à détecter toute fuite, même minime, de l'enceinte de stockage 55, 56. Ainsi, en cas d'une faible variation de la pression d'un compartiment de sécurité 59, €0, détectée par le second pressestat, ce dernier est programmé pour déclencher une alerte, par exemple un signal sonore, signalant une pression anormale du compartiment de sécurité 59, 60. Ainsi, il est possible de mettre tout le système à l'arrêt, vidanger le compartiment 59, 60 concerné par l'alerte, localiser la zone de rupture et la traiter .
De plus, en sortie 57, 58 de chaque enceinte de stockage 55, 56 est disposé un détendeur permettant de dépressuriser au moins partiellement le gaz stocké avant qu' il ne pénètre sous une pression moindre dans un circuit d' alimentation 6 afin d' alimenter un moteur thermique 7.
Comme indiqué ci-avant au travers de la formule de 1' électrolyse de l'eau, cette réaction produit deux fois plus de quantité et donc deux fois plus de volume de dihydrogène que de dioxygène . Ce paramètre est pris en compte dans la conception de l'enceinte de stockage 55 de dihydrogène qui présente une capacité de stockage deux fois plus importante que la capacité de stockage de l'enceinte de stockage 56 du dioxygène.
Dans l'exemple illustré à la figure 2, le circuit d'alimentation 6 comporte une première canalisation 60 acheminant sous pression le dihydrogène depuis son unité de stockage 50 vers un mélangeur 61. Parallèlement, une deuxième canalisation 62 achemine le dioxygène sous pression depuis son unité de stockage 51 vers le mélangeur 61. Le mélangeur 61 permet de mêler le dihydrogène et le dioxygène tous deux pressurisés afin de créer un mélange gazeux adapté à exploser par thermo catalyse . Le mélangeur 61 comprend également une arrivée d' air comprimé afin de permettre au mélangeur de mêler l'air comprimé au dioxygène et au dihydrogène .
Avantageusement, l'apport en air comprimé à pression sensiblement identique à celle du dihydrogène et du dioxygène permet de faire varier la richesse en carburant du mélange explosif afin de moduler le régime du moteur thermique 7 de 0% lorsque le moteur thermique 7 est à l'arrêt à 100% lorsque le moteur thermique 7 est à plein régime .
De plus, l'apport en air comprimé favorise également l'explosion et la disponibilité du comburant en ajoutant au dioxygène issu de l'enceinte de stockage 56 au dioxygène naturellement disponible dans 1 ' air comprimé .
Enfin, l'apport d'air comprimé facilement disponible permet de compléter à moindre coût la volumétrie du mélange gazeux nécessaire au fonctionnement du moteur thermique 7.
En sortie du mélangeur 61, le mélange gazeux est injecté dans le moteur thermique 7 via un conduit d'admission 63.
De la même manière que pour l'enceinte de stockage 55, 56, le circuit d' alimentation 6 peut présenter une enveloppe de sécurité équipée de pressostat pour chacun de ces éléments les canalisations 60, 62, le mélangeur 61, le conduit d'admission 63 etc .
Selon un premier exemple de réalisation de l'invention, le système de traction 1 est équipé d'un moteur thermique 7 standard. Le conduit d'admission 63 alimente une admission 70 du moteur thermique 7 avec un mélange gazeux à basse pression comprise de préférence de quelques centaines de millibars à quelques bars .
Avantageusement, il est admis que la combustion du mélange gazeux dihydrogène/dioxygène pressurisé ne produit que de la vapeur d' eau selon la formule ci-après
2 H2 (g) +■ 02 (g) = H20 (g)
Le dihydrogène et dioxygène sont des gaz de combustion, ici le dihydrogène jouant un rôle de carburant alors que le dioxygène joue son rôle habituel de comburant en complément du dioxygène issu de l'air comprimé. Dans ce contexte, en échappement 71 du moteur thermique 7 se trouve de la vapeur d'eau et une fraction non consumée du mélange gazeux introduit initialement dans l'admission 70 du moteur thermique 7. Afin d'éviter tout rejet de gaz en échappement 71 du moteur thermique 7 et d'optimiser le rendement du moteur thermique 7 , le système de traction 1 comprend un dispositif de recyclage 72 des gaz d'échappement qui est disposé au niveau de l'échappement 71.
Dans cet exemple, le dispositif de recyclage 72 des gaz d'échappement permet de capter, directement en échappement 71 du moteur thermique 7 , les gaz de combustion non consommés et de les réinjecter au niveau de l'admission 70 du moteur thermique 7. A cet effet, le dispositif de recyclage 72 comporte un échangeur thermique permettant de condenser les gaz d'échappement afin d'obtenir de l'eau chaude entre 70°C et 90°C qui est chargée en gaz de combustion non consommés. Afin de réinjecter les gaz de combustion non consommés dans le moteur thermique 7 , le dispositif de recyclage 72 est adapté à séparer la vapeur d'eau des gaz de combustion non consommés. Dans cet exemple, la vapeur d'eau est séparée des gaz de combustion non consommés par condensation. A pression atmosphérique, la vapeur d'eau se condense à une température inférieure à 100°C, alors que le dihydrogène et le dioxygène ne peuvent pas être condensés à pression atmosphérique à des températures positives .
Afin de condenser la vapeur d'eau, le dispositif de recyclage 72 utilise un liquide caloporteur. Ici, le dispositif de recyclage 72 consiste en un échangeur thermique qui utilise de l'eau froide comme liquide caloporteur. L'eau froide présente de préférence une température inférieure à 20°C et provient d'une canalisation d' approvisionnement 7200 en eau qui est alimentée par une pompe hydraulique 7201.
De préférence, dans le cas d'un véhicule 2 aquatique, la pompe hydraulique 7201 prélève l'eau dans le milieu environnant. Afin d'éviter d'obstruer les canalisations du système de traction 1, une filtration gravillionnaire est réalisée au niveau de la pompe 7201, par exemple via un filtre céramique nulti-niveaux . En sortie du dispositif de recyclage 72, d'un côté, le condensât de vapeur d'eau est évacué vers une évacuation 7202 en transitant par une première canalisation d'évacuation 7203, alors que les gaz de combustion non consommés sont réinjectés via un conduit de récupération 74 dans le mélangeur 61. Il est à noter que les gaz de combustion non consommés sont compressés en entrée du mélangeur 61 de manière à ce que le mélangeur 61 délivre au conduit d'admission 63 un mélange de gaz homogène à equi-pression .
En outre, les eaux chaudes qui ont servi de liquide caloporteur pour refroidir les gaz d' échappement sont collectées en sortie du dispositif de recyclage 72 et transférées, via une canalisation de recyclage 740, vers un mélangeur/soupape 8 à eaux chaudes .
Le système de traction 1 comporte également un système de refroidissement 75 du moteur thermique 7. Le système de refroidissement 75 du moteur thermique 7 utilise une circulation d'un liquide caloporteur afin de refroidir le moteur thermique 7. Ici, le système de refroidissement 75 utilise de l'eau froide comme liquide caloporteur . Comme pour le dispositif de recyclage 72, l'eau froide présente de préférence une température inférieure à 20 °C et provient d'une ramification 7204 de la canalisation d'approvisionnement 7200 en eau.
En sortie du système de refroidissement 75, les eaux chaudes produites lors du refroidissement du moteur thermique 7 sont transférées vers le mélangeur/soupape 8 à eaux chaudes via une canalisation de récupération 7500.
Dans ce contexte, le mélangeur/soupape 8 à eaux chaudes réceptionne les eaux chaudes en provenance du système de refroidissement 75 du moteur thermique 7 et du dispositif de recyclage 72 , puis transfère une première partie de ces eaux chaudes dans un circuit d' alimentation 80 vers les canaux d'alimentation 400 à eaux chaudes sous des cellules à électrolyse 40. Le mélangeur/soupape 8 rejette une seconde partie des eaux chaudes vers une évacuation 7202, via une seconde canalisation d'évacuation 83.
En outre, le système de traction 1 comporte un système de sécurité 9 anti-retour de flamme qui comporte un premier couple de clapet anti-retour de flamme disposé au niveau des entrée et sortie du mélangeur 61, un deuxième couple de clapet anti-retour de flamme disposé au niveau de l'admission 70 et d'un échappement 72 du moteur thermique 7 , et un troisième couple de clapet anti-retour disposé au niveau des entrée et sortie de l'échangeur du dispositif de recyclage 73 des échappements.
L'utilisation d'un moteur thermique 7 standard permet, d'une part, d'adapter facilement le système de traction 1 à un parc de véhicules 2 déjà en circulation, et d'autre part, de réaliser un circuit d' alimentation 6 réversible qui est adapté à basculer vers une alimentation en carburant fossile en cas de pénurie momentanée d' alimentation de gaz de combustion issus des énergies renouvelables. Toutefois, l'utilisation d'un moteur thermique standard présente un faible rendement de transformation de l'énergie des gaz de combustion en énergie mécanique .
Dans un deuxième exemple de réalisation de l'invention illustré aux figures 3 à 10, la demanderesse s'est attachée à développer un nouveau moteur thermique deux temps conservant les principaux avantages du moteur thermique deux temps standard tout en éliminant ses principaux inconvénients .
De manière générale, un moteur thermique deux temps présente les avantages de posséder une structure mécanique simple facilitant son entretien, d'être plus puissant, moins encombrant et plus léger qu'un moteur quatre temps de même cylindré , d'être utilisable dans toutes les positions sans modification substantielle, de présenter une plage d'utilisation très étendue des bas régimes inférieurs à 2000 tr/min aux très haut régimes supérieurs à 30000 tr/min, de bon rendement de l'ordre de 430 ch/L sans turbo ni compresseur, et dans le cas d'un moteur deux temps à injection directe de faible consommation de carburant, inférieure à 3 L/ 100km.
Malgré tous ces avantages, le moteur thermique deux temps autrefois largement utilisé a été peu à peu remplacé par le moteur quatre temps plus complexe mais beaucoup moins polluant. En effet, pour les moteurs deux temps, deux principaux phénomènes génèrent une pollution importante en échappement, d'une part, une distance parcourue trop importante par le piston avant la fermeture de la lumière d' échappement qui provoque une perte de carburant non brûlé, et d'autre part, des émissions d'huiles plus ou moins brûlées qui sont rejetées dans l'atmosphère et proviennent d'un lubrifiant présent dans le carburant afin de lubrifier le cylindre. Ceci est du au fait que l'admission du carburant soit réalisée dans le carter bas, où le carburant est pré comprimé avant de passer via le cylindre dans le carter haut. De ce fait, le moteur deux temps ne dispose pas de lubrification par la présence d'huile isolée et maintenue dans le carter bas. L'huile de lubrification est donc mélangée à l'air et au combustible.
Comme illustré aux figures 3 à 10, la demanderesse a développé un moteur deux temps 700 à explosion comprenant un carter moteur
701 divisé en deux compartiments isolés à tout moment et en toutes circonstances l'un de l'autre. En effet, le carter moteur 701 comporte un carter haut 702 dans lequel est ménagée une chambre à explosion 7020, et un carter bas 703. Le carter haut
702 et le carter bas 703 sont reliés par un cylindre 704. Dans cet exemple, le carter bas 703 est rempli d'huile moteur assurant une bonne lubrification d'un vilebrequin 705 qui est disposé au sein du carter bas 703. L'huile moteur permet également de lubrifier un piston 706 qui est mobile entre une position de repos dans laquelle il est positionné dans le cylindre 704 entre le carter haut 702 et le carter bas 703, et une position de compression dans laquelle il atteint un sommet 7021 de la chambre à explosion 7020. Le sommet 7021 de la chambre à explosion 7020 se situe dans le carter haut 702, à l'opposé du carter bas 703. Au cours d'un cycle moteur, le piston 706 passe d'une position à l'autre en coulissant par un mouvement de translation au sein du cylindre 704 depuis le carter bas 703 jusqu' au sommet 7021 de la chambre à explosion 7020 et redescend vers le carter bas 703 pour achever le cycle moteur .
Ici, le vilebrequin 705 est relié de manière excentrique au piston 706 au travers d'une bielle 707. La bielle 707 est reliée par une liaison mécanique rotative, d'une part, axialement au piston 706, et d'autre part, de manière excentrique au vilebrequin 705 à l'aide d'une rotule mécanique. Cette liaison mécanique excentrique de la bielle 707 au niveau du vilebrequin 705 permet de transformer le mouvement de translation du piston 706, au cours du cycle moteur, en mouvement de rotation continue du vilebrequin 705. En outre, le vilebrequin 705 est solidaire d' un arbre de rotation lui-même relié à un récepteur mécanique rotatif adapté à entraîner des moyens de propulsion du véhicule 2.
Dans cet exemple, le moteur deux temps 700 comporte des moyens d' étanchéité qui coopèrent avec le piston 706 de manière à isoler hermétiquement le carter haut 702 du carter bas 703 à tout moment du cycle moteur et en toutes circonstances. Ici, les moyens d' étanchéité sont formés, d'une part, par un système d'expansion 709 qui équipe le carter bas 703, et d'autre part, au moins un organe d' étanchéité 710 qui équipe le piston 706 et de préférence en partie supérieure 711 du piston 706. Dans cet exemple, le piston comporte un organe d' étanchéité 710 formé par un jeu de deux segments disposés à proximité l'un de l'autre et qui ceinturent le piston 706 au niveau de sa partie supérieure 711.
Comme illustré aux figures 3 à 10 , le piston 706 comporte un deuxième organe d' étanchéité 710 en partie inférieure 713 du piston 706. Avantageusement , l'isolation du carter bas 703 par rapport au carter haut 702, à tout moment et en toutes circonstances, permet d'éviter que l'huile moteur présente dans le carter bas 703 ne transite jusqu'à la chambre à explosion 7020 où elle serait partiellement et/ou totalement brûlée et/ou rejetée dans les échappements. Cette caractéristique contribue donc à l'élimination de rejets d'échappement polluants, l'huile du carter bas 703 ne passant jamais dans la chambre à explosion 7020. De plus, il n'est plus nécessaire d'introduire de composés additionnels destinés à lubrifier le cylindre 704 pour faciliter la course du piston 706 lors du cycle moteur. Ces composés additionnels qui étaient jusqu' alors partiellement brûlés et rejetés en échappement du moteur constituaient une source importante de pollution .
Du fait, de l'isolation du carter haut 702 par rapport au carter bas 703, le moteur deux temps 700 comprend une admission moteur 70 dont la lumière d'admission 712 directement ménagée d'un premier côté 7022 du carter haut 702 au niveau de la chambre à explosion 7020. Ainsi, il n'est plus nécessaire d'ajouter au carburant un lubrifiant pour graisser le cylindre 704.
Avantageusement, l'introduction d'un mélange gazeux sous pression permet de réduire les dimensions de la lumière d' admission 712 par rapport à celles de la lumière d' admission d' un moteur thermique standard . Dans le cadre de la cinématique du piston 706, le fait de réduire les dimensions de la lumière d'admission 712 permet d'optimiser la coopération entre le piston 706 et la lumière d'admission 712. En effet, il est possible de positionner la lumière d'admission 712 dans une position plus optimale de manière à limiter la course du piston 706 entre la lumière d'admission 712 et une lumière d'échappement 714 qui est disposée supérieurement à la lumière d'admission. Cette caractéristique permet de limiter le temps de lavage de la chambre à explosion 7020 par le mélange gazeux frais avant le redémarrage d'un cycle moteur. Cette caractéristique réduit avantageusement la consommation en mélange gazeux. Ici, la lumière d'admission 712 est. connectée à un conduit d'admission 63 par lequel transite un flux d'un gaz sous pression adapté à exploser par thermo catalyse.
Dans cet exemple , le flux de gaz sous pression correspond au mélange gazeux dihydrogène/dioxygène/air pressurisé qui provient du mélangeur 61 via le conduit d'admission 63.
Afin de générer l'explosion du mélange gazeux, le moteur deux temps 700 comporte un système d' allumage 716 adapté à créer un arc électrique capable de catalyser thermiquement l'explosion du mélange gazeux pressurisé et comprimé dans le cycle. Ici, le système d'allumage 716 est formé par des bougies d'allumage qui sont disposées au sommet 7021 de la chambre à explosion 7020.
De plus, le moteur deux temps 700 comporte un échappement moteur 71 dont la lumière d'échappement 714 est ménagée d'un second côté 7023 du carter haut 702 au niveau de la chambre à explosion 7020. Ici, au sein du carter haut 702, la lumière d'échappement 714 est positionnée de manière supérieure à la lumière d'admission 712.
Avantageusement, la lumière d'échappement 714 comporte un système mécanique permettant de faire varier la hauteur de l'ouverture de la lumière d'échappement 714 qui permet de limiter les pertes de charge gazeuse notamment pour les bas et mi régimes moteur. Cette caractéristique permet d'augmenter le couple et la souplesse du moteur deux temps à explosion 700.
Dans le présent exemple, la lumière d'échappement 714 est connectée à un conduit d' échappement 715 acheminant les échappements moteur vers le dispositif de recyclage 72 permettant de récupérer les gaz de combustion non consommés et de les réinjecter par la suite au niveau l'admission 70.
Le moteur deux temps à explosion 700 comporte un système de refroidissement 75 du cylindre 704. Comme décrit précédemment, dans le cas d'un véhicule 2 aquatique, le système de refroidissement 75 est un circuit ouvert utilisant 1' eau froide du milieu provenant; de la canalisation d' approvisionnement: 7200 en eau qui est: alimentée par la pompe hydraulique 7201.
En considération des caractéristiques du moteur deux temps à explosion 700 qui viennent d'être décrites, le cycle moteur comporte une étape d' admission illustrée à la figure 3. Lors de cette étape d'admission, le piston 706 est en position de repos, laissant ainsi la lumière d'admission 712 et la lumière de d'échappement 714 en position ouverte. Le mélange gazeux dihydrogène/dioxygène pressurisé pénètre par la lumière d'admission 712 dans la chambre à explosion 7020. Ici, le flux de gaz est schématisé par des flèches pénétrant depuis le conduit d'admission 63 vers la chambre à explosion 7020.
Le cycle moteur comporte une étape de compression qui est illustrée aux figures 4 et 5. Lors de ces étapes, le piston 706 passe de sa position de repos à sa position de compression, le piston 706 se déploie en direction du sommet 7021 de la chambre à explosion 7020. Les organes d' étanchéité 710 assurent alors une fermeture hermétique des lumières d'admission 712 et d'échappement 714. Cette caractéristique favorise, d'une part, une bonne compression du mélange gazeux présent dans la chambre à explosion 7020, et d'autre part, le deuxième organe d' étanchéité 710 situé en partie inférieure 713 du piston 706 permet d'isoler le carter bas 703 de l'admission moteur 70 lorsque le piston 706 est en position de compression ou à proximité de la position de compression (illustré aux figures 5 à 7) .
Comme illustré à la figure 6, le cycle moteur comporte une étape d' allumage du mélange gazeux qui se produit lorsque le piston 706 atteint sa position de compression et que sa partie supérieure 711 se situe à proximité immédiate du sommet 7021 de la chambre à explosion 7020. A cet instant, le système d'allumage 716 génère un arc électrique qui déclenche l'explosion du mélange gazeux comprimé. Ici, l'arc électrique est symbolisé par une étincelle 717 située entre le piston 706 et le sommet 7021 de la chambre à explosion 7020. L'explosion du mélange gazeux comprimé est suivie d'une étape de dé-tente dans laquelle le piston 706 est repoussé vers sa position de repos par la détente des gaz consécutive à l'explosion, la rotation du vilebrequin 707 étant provoqué par la descente de la bielle 707 qui suit le mouvement du piston 706 (illustré à la figure 7) .
L'exemple de la figure 8 illustre une étape d'échappement qui correspond à l'instant du cycle moteur dans lequel le piston 706 est repoussé inférieurement à la lumière d'échappement 714. La lumière d' échappement permet alors aux gaz issus de la combustion et aux gaz de combustion non consommés de s'échapper de la chambre d'explosion 7020. Ici, l'échappement des gaz suite à l'explosion est illustré par une flèche au sein de la lumière d' échappement 714 qui sort depuis la chambre à explosion 7020 en direction du conduit d'échappement 715.
Afin de débuter un nouveau cycle moteur, le cycle moteur comporte une étape de lavage de la chambre à explosion 7020 qui est illustrée aux figures 9 et 10. Cette étape consiste à chasser par la lumière d'échappement 714 les gaz issus de la combustion du cycle moteur qui se termine et de les remplacer par du mélange gazeux pressurisé frais. A cet effet, cette étape n'est possible que lorsque le piston 706 est repoussé inférieurement à la lumière d'admission 712 au sein du cylindre 704, situation dans laquelle la lumière d'admission 712 est ouverte et permet l'entrée du mélange gazeux (illustré par des flèches) .
Suite à l'étape de lavage un nouveau cycle moteur débute comme décrit ci-dessus.
Il est à noter qu'ici, le surplus de mélange gazeux utilisé pour laver la chambre à explosion 7020 est récupéré au niveau du dispositif de recyclage 72 pour être réinjecter au niveau de la lumière d'admission 712 (voir plus haut) . Cette caractéristique permet d'augmenter le rendement du moteur deux temps 700, et d'éviter tout rejet polluant consécutif à un cycle moteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, un tel moteur deux temps 700 peut tout à fait équiper un véhicule terrestre tel qu'une automobile.
Cependant, dans certains cas particuliers, par exemple un véhicule 2 aquatique de petites dimensions ou un véhicule 2 terrestre ou encore dans de rare cas où les conditions atmosphériques ne permettent pas une production suffisante de dihydrogène et de dioxygène pour le fonctionnement du moteur deux temps à explosion 700, la production de dihydrogène et de dioxygène pourra être réalisée de façon débarquée et désynchronisée notamment grâce aux énergies renouvelables exploitées dans la présente invention.
Pour pallier à ce problème, il est prévu qu'à la manière d'un véhicule conventionnel, l'utilisateur d'un tel véhicule 2 puisse, avant d'effectuer un déplacement, faire le plein de ses unités de stockage 55, 56 de dihydrogène et de dioxygène sous forme gaxeuse ou sous forme de gaz liquéfié .

Claims

Revendications
1. Dispositif de transformation (33) d'une énergie cinétique d'un flux de fluide (3300) en énergie mécanique, le dispositif de transformation (33) comprenant une turbine
(3301) montée rotative et adaptée à entrer en rotation en réaction à l'énergie cinétique d'un flux de fluide (3300) , caractérisé en ce qu' il comporte des organes de captage
(3303) multidirectionnels de flux de fluide (3300) et des moyens de guidage (3304) de manière à générer un flux de fluide laminaire (3305) en direction de la turbine (3301) . 2. Dispositif de transformation (33) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de guidage (3304) du flux de fluide (3300) sont horizontaux.
3. Dispositif de transformation (33) selon l'une des revendications 1 et 2 , caractérisé en ce que les moyens de guidage (3304) du flux de fluide (3300) sont constitués d'une chambre multi-faces (3306) qui s'étend horizontalement, la chambre multi-faces (3306) étant délimitée latéralement par ses faces (3308) qui s ' étendent , sur une hauteur définie , de manière perpendiculaire à la chambre multi-faces (3306) .
4. Dispositif de transformation (33) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre multi-faces (3306) comporte un canal de guidage (3311) de flux de fluide (3300) .
5. Dispositif de transformation (33) selon l'une des revendications 3 et 4 , caractérisé en ce que la chambre multi-faces (3306) comporte un canal d'accélération (3324) de flux de fluide (3300) permettant d'accélérer le flux de fluide laminaire (3305) et d' augmenter le rendement du dispositif de transformation (33) .
6. Dispositif de transformation (33) selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque face (3308) comporte à un organe de captage (3303) de flux de fluide (3300) .
7. Dispositif de transformation (33) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque organe de captage (3303) est monté mobile entre une position fermée dans laquelle l'organe de captage (3303) exerce une réaction au flux de fluide (3300) cloisonnant la chambre multi-faces (3306) et une position ouverte dans laquelle le flux fluide (3300) pénètre dans la chambre multi-faces (3306) .
8. Dispositif de transformation (33) selon la revendication
7, caractérisé en ce que chaque organe de captage (3303) est formé par un volet mobile (3309) en rotation autour d' un axe .
9. Dispositif de transformation (33) selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque organe de captage (3303) comporte un seuil de réaction mécanique (3310) déterminé, lorsqu'une vitesse d'un flux de fluide (3300) dépasse le seuil de réaction mécanique (3310) , l'organe de captage (3303) passe de sa position fermée à sa position ouverte, le flux de fluide (3300) pénétrant alors dans la chambre multi-faces (3306) .
10. Dispositif de transformation (33) selon l'une des revendications 1 à 9 , caractérisé en ce que la turbine (3301) est reliée mécaniquement à un récepteur mécanique rotatif (3302) .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20120299301A1 (en) * 2010-07-20 2012-11-29 Kyung Soo Han Infinitely variable motion control (ivmc) for transmissions, wind and river turbines, and pumps and compressors
US20130136576A1 (en) * 2010-06-30 2013-05-30 Sebastian Wojnar Wind turbine air flow guide device

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