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Turbine mixte atmosphérique et/ou hydraulique et/ou thermique bai-hélicoïdale à gouttières périphériques et axe vertical, oblique, ou horizontal.
La présente invention concerne une turbine pouvant fonctionner, soit grâce à la force d'un fluide moteur (vent, eau, autre fluide), soit grâce à une différence de température entre les deux extrémités de la turbine (par exemple, la différence de température de l'air au niveau du sol et à une altitude plus élevée).
Cette turbine, objet de l'invention, peut donc être employée en tant que turbine atmosphérique c'est à dire éolienne, turbine hydraulique, ou turbine thermique, ou, d'une façon mixte par combinaison entre ces différents modes.
En ce qui concerne les éoliennes, de nombreux modèles ont vu le jour surtout ces dernières années dont les rendements sont difficilement. calculables et dont chacun a sans doute ses avantages et ses inconvénients.
Les avantages sont liés aux principaux facteurs suivants - la solidité qui empêchera l'éolienne de se démantibuler par grand vent, - la stabilité qui sera plus grande si la surface exposée au vent a une grandeur et un profil identiques à chaque instant t, et qui sera d'autant plus grande encore que la force exercée sur l'axe de rotation est uniformément répartie à chaque instant t autour de l'axe de rotation, - une régulation efficace ou une autorégulation, - le coût réduit, lui-même souvent lié à la simplicité technique de construction du rotor lui-même ainsi que du mécanisme annexe, - un démarrage par vent faible et sans l'assistance d'un dispositif annexe, - l'emploi d'un axe de rotation vertical ou oblique permettant l'installation de la génératrice près du niveau du sol et non au sommet d'un haut pylône,
- le poids qui augmente le rendement pour une même vitesse de rotation, - la vitesse qui augmente le rendement pour un même poids,
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- profil et orientation des pales judicieux, - profil judicieux des surfaces exposées au vent et contre le vent dans le cas d'éoliennes à axe de rotation vertical ou oblique.
Les inconvénients sont liés aux principaux facteurs suivants - la fragilité provoquas le démantèlement de l'éolienne par grand vent, - la non-stabilité relative rencontrée en tout cas dans les modèles à deux ou trois pales et axe de rotation horizontal, - le coût important lié à la solidité nécessaire pour compenser la non-stabilité relative des éoliennes à deux ou trois pales et axe de rotation horizontal, - le placement de la génératrice en haut du pylône près de l'axe du rotor, - des surfaces identiques exposées au vent de chaque côté de l'axe de rotation dans la plupart des modèles d'éoliennes à axe vertical, ce qui entraîne comme conséquence que seul le profil de ces surfaces permet la rotation.
L'éolienne idéale serait donc une éolienne solide, stable, lourde, tournant vite mais ne s'emballant pas, à démarrage par vent faible, à axe vertical ou oblique permettant la pose de la génératrice près du sol, à technologie simple et donc économique à la fabrication, à maintenance réduite, à surfaces exposées au vent plus importantes d'un côté de l'axe de rotation par rapport à l'autre dans le cas où l'axe est vertical ou oblique, modulable pour faciliter le montage et permettre de diminuer ou d'augmenter la surface de l'éolienne dans un temps ultérieur.
L'état de la technique en ce qui concerne les turbines hydrauliques et thermiques m'est inconnu.
Le modèle de turbine exposé ci-après, dont le même modèle peut être employé en tant que turbine atmosphérique (éolienne) et/ou turbine hydraulique et/ou turbine thermique, allie la solidité à l'efficacité et à la simplicité et réunit un grand nombre d'avantages.
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Description de l'invention. (Fig. 1 à 7) Turbine (1) composée de deux (ou plus) surfaces hélicoïdales (3,4) disposées symétriquement par rapport à un axe de rotation (2), lui-même étant l'axe du cylindre dans lequel ces surfaces hélicoïdales (3.4) s'inscrivent.
Chacune de ces surfaces hélicoïdales (3,4) s'enroule au minimum de 180. (fig. 3 et 4) autour de l'axe de rotation (2) Il n'y a pas de maximum théorique.
Chacune des surfaces hélicoïdales (3.4) est bordée extérieurement d'une gouttière, la gouttière périphérique (5).
Différents profils peuvent être donnés à cette gouttière périphérique (5) avec ou sans rebord (6), avec ou sans pales (10).
Différents pas de vissage, plus ou moins serrés, ainsi que différents profils (fig. 8) peuvent être donnés aux surfaces mais le principe général reste la forme hélicoïdale de celles-ci enroulées symétriquement autour de l'axe de rotation (2) de la turbine (1) et bordées d'une gouttière périphérique (5).
Le profil des surfaces hélicoldales (3,4) est constitué de surfaces planes (fig. 8) ou courbes (fig. 8) dont l'angle formé par chacune d'elle avec l'axe de rotation (2) peut être variable et constitue un ensemble continu soit de marches/contremarches", soit d'"ondulations formant ainsi des sortes de gouttières (7) évasées vers l'extérieur, placées perpendiculairement ou obliquement par rapport à l'axe de rotation (2.) (fig. 9). Leur nombre peut varier de 1 à loua.
Dans ce dernier cas, la surface hélicoïdale (3). (4) sera une surface lisse (fig. tO).
Cas particulier : voir fig. 15 et 16.
Le profil inférieur des surfaces hélicoïdales (3,4) ainsi que celui des gouttières périphériques (5) peut être différent du profil supérieur. Par exemple un profil supérieur en"marches/contre-marches"et un profil inférieur lisse, ce qui donnera un meilleur rendement dans le cas de l'emploi de la turbine (1) en tant qu'éolienne à axe de rotation (2) vertical, outre d'autres emplois.
L'axe de rotation (2) de la turbine (1) peut être placé verticalement, en oblique, ou
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horizontalement.
Les gouttières périphériques (5) peuvent être dirigées vers l'une ou l'autre extrémité de l'axe de rotation (2).
Les gouttières (7) formées par les surfaces hélicoïdales (3,4) sont destinées à canaliser le fluide moteur vers la périphérie de ces surfaces, c'est à dire vers les gouttières périphériques (5), là où l'effet d'une même poussée est à son maximum, phénomène amplifié par la force centrifuge dès que la turbine (1, ) se met en mouvement.
Les surfaces hélicoïdales (3,4) étant bordées extérieurement par une gouttière périphérique (5) continue, le fluide moteur arrive avec force dans cette gouttière périphérique (5) et, ne pouvant s'échapper vers l'extérieur de la turbine (1), il pousse sur le bord externe de cette gouttière périphérique (5) et fait tourner la turbine (1). Cette gouttière périphérique (5) présente ou non un rebord (6) destiné s'il existe à retenir encore plus le fluide moteur dans la gouttière périphérique (5).
De plus, la forme hélicoïdale couplée à l'existence d'une gouttière périphérique (5) qui la borde provoque un phénomène de tourbillon de l'air qui continue sa poussée sur des surfaces qui ne sont plus exposées au fluide moteur.
Une grande partie du fluide moteur termine sa course au sommet de la turbine (1).
Dans le cas où la surface hélicoïdale (3) (4) est lisse, le même phénomène a lieu.
Le même principe de fonctionnement s'applique lors de l'emploi de cette turbine (1) en tant que turbine thermique (fig. 11) : en effet, le fluide se déplace de la zone la plus chaude vers la zone la plus froide.
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Les gouttières périphériques (5) peuvent être dirigées dans le même sens que la. direction de la poussée du fluide moteur (8) (fig. 12) ou en sens opposé (fig. 11), ainsi qu'obliquement par rapport à celle-ci, dans un sens ou dans l'autre, selon les modalités d'emploi.
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L'axe de rotation (2) peut être placé perpendiculairement, obliquement, ou parallèlement, par rapport à la direction de la poussée du fluide moteur (8), selon les modalités d'emploi.
Par exemple : La position oblique donne le meilleur rendement dans le cas de l'emploi en turbine atmosphérique et/ou hydraulique.
L'obliquité idéale dépend du rapport entre la hauteur et le diamètre du cylindre dans lequel s'inscrivent les surfaces hélicoïdales (3.4) composant la turbine (1) (fig.
2, 4, 7).
La position verticale (parallèle) donne le meilleur rendement dans le cas de l'emploi en turbine exclusivement thermique.
Dans ce cas, également pour un meilleur rendement, les gouttières périphériques (5) seront dirigées en sens opposé à la direction de la poussée du fluide moteur (8) (fig. 11).
En cas d'emploi en turbine thermique et atmosphérique (mixte) avec axe oblique et de dos par rapport à la poussée du fluide moteur (fig. 13, b), les gouttières périphériques (5) seront dirigées de préférence dans le même sens approximativement que la direction de la poussée du fluide moteur (8) thermique si les surfaces hélicoïdales (3.4) ont un profil rendant existantes des ouvertures (9) à la jonction entre ces surfaces et les gouttières périphériques (5) qui les bordent.
Le fluide moteur thermique rejoint alors le fluide moteur atmosphérique (vent) dans la gouttière périphérique (5) en passant par ces ouvertures (9).
Dan le cas contraire (ex. : surfaces hélicoïdales (3,4) lisses), la gouttière périphérique (5) sera dédoublée, chacune placée en sens opposé par rapport à l'autre.
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Sens de rotation.
.................... Le sens de rotation de la turbine (1) change selon la position de l'axe de rotation (2) par rapport à la direction de la poussée du fluide moteur (8) ainsi que selon le sens du pas de vissage (fig. 13).
L'orientation des gouttières périphériques (5) n'a pas d'influence sur le sens de rotation de la turbine (1),
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Orientationdeta turbine (1).
Dans le cas où l'axe de rotation (2) de la turbine (1) est placé perpendiculairement à la direction de la poussée du fluide moteur (8), il ne faut pas prévoir de système d'orientation, la turbine (1) étant dans ce cas multidirectionnelle (fig. 13, c).
Dans le cas où l'axe de rotation (2) de la turbine (1) est placé obliquement par rapport à la direction de la poussée du fluide moteur (8), il ne faut pas prévoir de système d'orientation car la turbine (1) s'auto-oriente de façon à placer le haut de l'axe de rotation (2) vers l'origine de la poussée du fluide moteur (8) (fig. 13, a). Un système d'orientation n'est nécessaire dans ce cas que si l'on veut que ce soit le bas de l'axe de rotation (2) qui soit orienté vers l'origine de la poussée du fluide moteur (8), par exemple dans l'emploi en turbine mixte thermique et atmosphérique.
Dans ce cas également, un système de pivotement de l'ensemble de la turbine (1) doit être prévu, Dans le cas où l'axe de rotation (2) de la turbine (1. ) est placé parallèlement à la direction de la poussée du fluide moteur (8) (fig. 13, d), il ne faut pas prévoir de système d'orientation car la turbine (1) s'auto-oriente de façon à placer l'axe de rotation (2) parallèlement à la direction de la poussée du fluide moteur (8). Dans ce cas cependant, il faut prévoir un système de pivotement de l'ensemble de la turbine (1).
Ce dispositif n'est pas nécessaire si l'axe de rotation (2) est placé à la verticale (fig. 13, d) et que donc la direction de la poussée du fluide moteur (8) se fait de bas en haut (exemple : turbine thermique à axe vertical) ou de haut en bas.
Emploi mixte. déjà. turbine (t).
Cette turbine (1) peut être employée de façon mixte, dans le temps et/ou dans l'espace et/ou simultanément, c'est à dire en tant que turbine atmosphérique et/ou hydraulique et/ou thermique.
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Avantages liés à l'invention (Turbine (1) décrite ci-avant).
1. 1. Solidité stabilité et maintenance réduite.
(1) par rasport a ta directlon de la poussée du f ! uide moteur (8) 1. 1. Solidité, stabilité, et maintenance réduite.
Une même surface totale et un même profil de surface sont exposés dans l'espace et à chaque instant t à la poussée du fluide moteur (fig. 1,2, 14), ce qui donne à cette turbine (1) un fonctionnement uniforme et donc aussi une grande stabilité et, de là, une grande solidité allant de pair avec une maintenance réduite.
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1. 2. Démarrage facile. Silencieuse ................
La surface importante exposée au fluide moteur rend le démarrage facile sans nécessiter l'emploi d'un système de démarrage annexe, et rend également la turbine (1) très silencieuse.
1. 3. Simplicité de fabrication et coût réduit.
Le principe simple de conception et de fonctionnement permet une fabrication non sophistiquée, donc à coût réduit surtout dans le cas d'emploi de matériaux bon marché, ce qui est possible.
En effet, cette turbine (1) peut être fabriquée dans différents matériaux, du très léger au très lourd, notamment en toile ou assimilé sur armature en bois, en plastique, en métal, etc. ainsi qu'en matière synthétique moulée ou non, sans oublier le métal.
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1. 4. Modulable.
..............
La simplicité technique de fabrication et/ou de montage peut être accrue par la fabrication de modules tous identiques pouvant être enfilés et/ou attachées sur l'axe
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de rotation (2) deux à deux avec un décalage d'angle pour obtenir les deux surfaces hélicoïdales (3,4).
Les gouttières périphériques (5) peuvent faire partie intégrante des modules ou être rajoutées lors du montage.
La réalisation par modules permet également de pouvoir moduler dans le temps la grandeur de la turbine si l'axe est prévu assez long.
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1.5.Possibilité.dintegrer!ageneratnceat'axe de rqtatipn. (2), 1. 5,, p'q, i bi 1 it, q' ! rJ. $, grer. [ ; ? g, $r1r1rjç.. ? Y ? X.. q. r¯9. 1 ? tj9, r : ljt Pour ce modèle de turbine, l'axe de rotation (2) peut avoir un grand diamètre sans inconvénients, Il peut donc être constitué d'un tube extérieur mobile, solidaire des surfaces hélicoïdales, pivotant autour d'un tube fixe de moindre diamètre, ces deux tubes étant munis des dispositifs nécessaires pour constituer en eux-mêmes une génératrice.
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1. 6,. Emploi mixte.
Le même modèle de turbine (1) peut être employé en tant que turbine atmosphérique c'est à dire éolienne et/ou turbine hydraulique et/ou turbine thermique.
Certains de ces emplois mixtes sont évidemment dépendants du/des matériaux utilisé (s) pour la réalisation de la turbine.
La possibilité d'un emploi mixte peut être avantageuse dans certaines conditions pour maximiser les rendements. Par exemple, l'emploi en éolienne et turbine thermique en régions chaudes et venteuses.
1. 7. Multidirectionnelle ou auto-orientable dans certains cas
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Cette turbine (1) est muitidirectionnee dans ! e cas où t'axe de rotation (2) est p ! acé Cette turbine (1) est multidirectionnelle dans le cas oÙ l'axe de rotation (2) est placé perpendiculairement à la direction de la poussée du fluide moteur (8).
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Elle est auto-orientable dans le cas où l'axe de rotation (2) est placé parallèlement ou obliquement de face (fig. 13, d, a) par rapport à la direction de la poussée du fluide moteur (8).
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1. 8 Placementde la génératrice, Le placement de la génératrice peut se faire près du sol dans le cas où l'axe est soit vertical, soit oblique.
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1. 9.. Fonctionnement par balancement.
........................ Cette turbine ne fonctionne rien que par le balancement si elle est suspendue par le sommet de l'axe de rotation (2).
1. 10.Nondangereusepourtes oiseaux, Au cas où des oiseaux seraient entraînés dans la turbine (1), ils seraient libérés au sommet de celle-ci en même temps que le fluide moteur.
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2. Avantagesspécifiquesdetatur placé obliquement par rapport à la direction de la poussée du fluide moteur (8).
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2. 1. Le positionnement oblique de l'axe de rotation (2) vers ou à l'opposé de la direction de la poussée du fluide moteur (8) engendre la caractéristique, due spécifiquement à la forme hélicoïdale, de présenter une surface exposée à la poussée du fluide moteur agissant dans le sens de rotation nettement supérieure à la surface exposée à la poussée du fluide moteur agissant en sens contraire à la rotation.
L'obliquité idéale dépend du rapport entre la hauteur et le diamètre du cylindre dans lequel s'inscrivent les surfaces hélicoïdales (3.4), en tenant compte également de la largeur des gouttières périphériques (5).
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Les figures 2,4, et 7 représentent des vues de la turbine (1) face au fluide moteur, le haut de l'axe étant penché obliquement vers l'avant de 17, 74* par rapport à la verticale.
Le sens de rotation dans ce cas est le même que le sens du pas de vissage.
Les mêmes figures regardées à l'envers représentent des vues de la turbine (1) dos au fluide moteur, le haut de l'axe de rotation (2) étant penché obliquement vers l'arrière de 17, 74. par rapport à la verticale. Le sens de rotation dans ce cas est contraire au sens du pas de vissage.
Cette caractéristique spécifique du positionnement oblique de l'axe de rotation (2) de la turbine (1) représente un énorme avantage par rapport au positionnement perpendiculaire à la direction de la poussée du fluide moteur (8) (fig 1,3 et 6), fluide moteur qui dans ce cas rencontre deux surfaces, à gauche et à droite de l'axe de rotation (2), identiques du point de vue de la grandeur de leur surface. Dans ce cas, seule la forme hélicoïdale et les différences de profils éventuels engendrent le mouvement de rotation de la turbine (l), amplifié par les gouttières périphériques (5).
2. 2. Le positionnement oblique de l'axe de rotation (2) provoque l'auto-orientation de la turbine (1) de façon à placer le haut de l'axe vers l'origine de la poussée du fluide moteur, le sens de rotation étant dans ce cas le même que le sens du pas de vissage.
Le sens de rotation peut être changé tout simplement en changeant l'orientation de la turbine (1) de façon à placer le bas de l'axe vers l'origine de la poussée du fluide moteur. Cela peut se faire par la sortie d'une dérive par exemple.
Les deux extrémités de l'axe de rotation peuvent être montées libres, chacune sur un chemin de ronde, ou, une de ces deux extrémités seulement libre et l'autre fixe.
2. 3. Le positionnement oblique de l'axe de rotation (2) dos au fluide moteur (fig. 13, b) peut être obtenu sans système d'orientation, en plaçant la turbine (1) verticalement au sommet d'une butte. De plus, ce positionnement permet l'utilisation de la turbine (1) en turbine mixte, atmosphérique et thermique, puisque le sens de rotation dans ce cas est le même.
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Exemples de réalisations possibles grâce au modèle de turbine (1) présenté ciavant.
Le même modèle de turbine (1) pouvant servir à des réalisations éoliennes, hydrauliques ou thermiques, les mêmes figures sont reprises plusieurs fois en références à des descriptions de réalisations différentes.
Figures 1,3,5 et 6 : éoliennes à surface bi-hélicoîdale et axe de rotation (2) vertical composées respectivement de, 3 tours d'hélice et 60 marches/contre-marches" 1 tour d'hélice et 20 marches/contre-marches", 1/2 tour d'hélice et 10 marche marches/contre-marches".
Figures 2 4 et 7 : éoliennes à surface bi-hélicoîdale et axe de rotation (2) oblique ( angle de 17, 740 vers l'avant par rapport à la verticale) composées respectivement de, 3 tours d'hélice et 60 marches/contre-marches", 1 tour d'hélice et 20 marches/contre-marches" 1/2 tour d'hélice et 10 marches/contre-marches".
Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7 : turbines hydrauliques réalisées et fonctionnant selon les mêmes caractéristiques que les éoliennes décrites ci-avant.
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Figures. 1, 3, 5, et 6j turbines thermiques à surface bai-hélicoïdale et axe de rotation (2) vertical composées respectivement de, 3 tours d'hélice et 60 marches/contremarches", 1 tour d'hélice et 20 marches/contre-marches" 1/2 tour d'hélice et 10 marches/contre-marches".
Ces turbines thermiques fonctionnant grâce à une différence de température entre les deux extrémités de la turbine (1), elles peuvent être réalisées en grandes dimensions pour exploiter la différence de température entre l'air au sol et l'air plus froid des couches plus hautes de l'atmosphère.
Cependant, le sens de rotation de cette turbine (1) est contraire au sens de rotation de cette même turbine employée en éolienne, sauf dans le cas où elle est placée au sommet d'une butte.
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Il faut donc la placer dans un cylindre qui la protégera de l'action du vent et créera par la même occasion une aspiration du fluide vers le haut, ce qui augmentera le rendement.
Pour profiter quand même de l'énergie éolienne, ce cylindre peut être ouvert sur 1/4 de tour, le vent agissant alors sur la moitié de la turbine (moitié droite en regardant les figures 1,3, 5 et 6 et en considérant qu'on a le vent dans le dos, moitié gauche dans les mêmes conditions si le pas de vissage est inversé par rapport aux figures 1,3, 5 et 6.
Ce cylindre doit avoir un système d'orientation (dérive).
La température au sol peut être augmentée grâce à un jeu de miroirs concentrant le rayonnement solaire par exemple sur une plaque métallique placée sous la turbine (1).
Les turbines thermiques représentées par les figures 1,3, 5 et 6 regardées à l'envers (n* de page dans le bas), c'est à dire avec les gouttières périphériques dirigées vers le bas, ont un rendement sensiblement meilleur.
Figure 2, 4et7. regardées à l.'envers (n* de page dans le bas) : turbines thermiques à surface bi-hélicoîdale et axe de rotation (2) oblique (angle de 17, 748 vers l'arrière par rapport à la verticale) composées respectivement de, 3 tours d'hélice et 60 < < marches/contre-marches", 1 tour d'hélice et 20 marches/contre-marches", 1/2 tour d'hélice et 10"marches/contre-marches".
Ces turbines, positionnées tel que décrit ci-dessus et considérant, en les regardant, qu'on a le vent dans le dos, tournent sous l'action du fluide thermique dans le même sens que sous l'action du fluide éolien. Ce positionnement (fig 13, b) ne requiert donc aucun dispositif particulier pour fonctionner en tant que turbine mixte atmosphérique et thermique. Seule une dérive est nécessaire pour contrecarrer l'auto-orientation, qui se fait en sens contraire à celui requis.
Figures15et16 : turbine (1) répondant au cas particulier suivant : pas de vissage égal à 0 cm, nombre de tours d'hélice de chaque surface hélicoïdale égal à 1/2, nombre de marches/contremarches ou d' ondulations égal à l'## , surfaces hélicoïdales (3,4) placées obliquement par rapport à l'axe de rotation (2), gouttières
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périphériques (5) garnies de pales (10) disposées en biais par rapport à la tangente aux points d'attache extérieurs de ces pales (10).
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Mixed atmospheric and / or hydraulic and / or thermal bai-helical turbine with peripheral gutters and vertical, oblique, or horizontal axis.
The present invention relates to a turbine which can operate, either thanks to the force of a working fluid (wind, water, other fluid), or thanks to a temperature difference between the two ends of the turbine (for example, the temperature difference air at ground level and at a higher altitude).
This turbine, object of the invention, can therefore be used as an atmospheric turbine, that is to say wind turbine, hydraulic turbine, or thermal turbine, or, in a mixed manner by combination between these different modes.
Regarding wind turbines, many models have emerged especially in recent years whose yields are difficult. calculable and each of which undoubtedly has its advantages and disadvantages.
The advantages are linked to the following main factors - the solidity which will prevent the wind turbine from dismantling in strong winds, - the stability which will be greater if the surface exposed to the wind has an identical size and profile at all times t, and which will be all the greater still as the force exerted on the axis of rotation is uniformly distributed at each instant t around the axis of rotation, - effective regulation or self-regulation, - the reduced cost, itself often linked to the technical simplicity of construction of the rotor itself as well as of the annex mechanism, - starting in a weak wind and without the assistance of an annex device, - the use of a vertical or oblique axis of rotation allowing the installation of the generator near ground level and not at the top of a high pylon,
- the weight which increases the yield for the same speed of rotation, - the speed which increases the yield for the same weight,
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- judicious blade profile and orientation, - judicious profile of surfaces exposed to the wind and against the wind in the case of wind turbines with a vertical or oblique axis of rotation.
The disadvantages are linked to the following main factors - the fragility provoked the dismantling of the wind turbine in high winds, - the relative non-stability encountered in any case in models with two or three blades and horizontal axis of rotation, - the significant cost linked to the solidity necessary to compensate for the relative non-stability of wind turbines with two or three blades and horizontal axis of rotation, - the placement of the generator at the top of the pylon near the axis of the rotor, - identical surfaces exposed to the wind on each side of the axis of rotation in most models of vertical axis wind turbines, which means that only the profile of these surfaces allows rotation.
The ideal wind turbine would therefore be a solid, stable, heavy, fast turning but not racing, wind turbine with weak wind start, with vertical or oblique axis allowing the installation of the generator close to the ground, with simple and therefore economical technology. during manufacture, with reduced maintenance, with greater surfaces exposed to the wind on one side of the axis of rotation relative to the other in the case where the axis is vertical or oblique, modular to facilitate assembly and allow to decrease or increase the surface area of the wind turbine in a later time.
The state of the art with respect to hydraulic and thermal turbines is unknown to me.
The turbine model described below, the same model of which can be used as an atmospheric turbine (wind turbine) and / or hydraulic turbine and / or thermal turbine, combines solidity with efficiency and simplicity and brings together a large number of advantages.
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Description of the invention. (Fig. 1 to 7) Turbine (1) composed of two (or more) helical surfaces (3,4) arranged symmetrically with respect to an axis of rotation (2), itself being the axis of the cylinder in which these helical surfaces (3.4) are inscribed.
Each of these helical surfaces (3,4) wraps at least 180. (fig. 3 and 4) around the axis of rotation (2) There is no theoretical maximum.
Each of the helical surfaces (3.4) is bordered on the outside by a gutter, the peripheral gutter (5).
Different profiles can be given to this peripheral gutter (5) with or without flange (6), with or without blades (10).
Different screwing pitches, more or less tight, as well as different profiles (fig. 8) can be given to the surfaces but the general principle remains the helical shape of the latter wound symmetrically around the axis of rotation (2) of the turbine (1) and bordered by a peripheral gutter (5).
The profile of the helical surfaces (3,4) consists of planar (fig. 8) or curved (fig. 8) surfaces whose angle formed by each of them with the axis of rotation (2) can be variable and constitutes a continuous set either of steps / risers ", or of" undulations thus forming kinds of gutters (7) flared outwards, placed perpendicular or oblique with respect to the axis of rotation (2.) (fig. 9). Their number can vary from 1 to loua.
In the latter case, the helical surface (3). (4) will be a smooth surface (fig. TO).
Special case: see fig. 15 and 16.
The lower profile of the helical surfaces (3,4) as well as that of the peripheral gutters (5) may be different from the upper profile. For example an upper profile in "steps / counter-steps" and a smooth lower profile, which will give a better performance in the case of the use of the turbine (1) as a wind turbine with axis of rotation (2) vertical, in addition to other jobs.
The axis of rotation (2) of the turbine (1) can be placed vertically, obliquely, or
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horizontally.
The peripheral gutters (5) can be directed towards one or the other end of the axis of rotation (2).
The gutters (7) formed by the helical surfaces (3,4) are intended to channel the working fluid towards the periphery of these surfaces, that is to say towards the peripheral gutters (5), where the effect of a same thrust is at its maximum, phenomenon amplified by centrifugal force as soon as the turbine (1,) starts to move.
The helical surfaces (3,4) being bordered externally by a continuous peripheral gutter (5), the working fluid arrives with force in this peripheral gutter (5) and, being unable to escape towards the outside of the turbine (1) , it pushes on the outer edge of this peripheral gutter (5) and turns the turbine (1). This peripheral gutter (5) may or may not have a rim (6) intended if there is still more retaining the working fluid in the peripheral gutter (5).
In addition, the helical shape coupled with the existence of a peripheral gutter (5) which borders it causes a phenomenon of air vortex which continues to push on surfaces which are no longer exposed to the working fluid.
A large part of the working fluid ends up at the top of the turbine (1).
In the case where the helical surface (3) (4) is smooth, the same phenomenon takes place.
The same operating principle applies when using this turbine (1) as a thermal turbine (fig. 11): in fact, the fluid moves from the hottest zone to the coldest zone.
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The peripheral gutters (5) can be directed in the same direction as the. direction of the thrust of the working fluid (8) (fig. 12) or in the opposite direction (fig. 11), as well as obliquely with respect thereto, in one direction or the other, according to the methods of employment.
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The axis of rotation (2) can be placed perpendicularly, obliquely, or parallel to the direction of the thrust of the working fluid (8), according to the instructions for use.
For example: The oblique position gives the best performance in the case of use in an atmospheric and / or hydraulic turbine.
The ideal obliquity depends on the ratio between the height and the diameter of the cylinder in which the helical surfaces (3.4) composing the turbine (1) are inscribed (fig.
2, 4, 7).
The vertical (parallel) position gives the best performance when using an exclusively thermal turbine.
In this case, also for better performance, the peripheral gutters (5) will be directed in the opposite direction to the direction of the thrust of the working fluid (8) (fig. 11).
When used in a thermal and atmospheric (mixed) turbine with an oblique and back axis in relation to the thrust of the working fluid (fig. 13, b), the peripheral gutters (5) should preferably be directed in the same direction approximately that the direction of the thrust of the thermal working fluid (8) if the helical surfaces (3.4) have a profile making existing openings (9) at the junction between these surfaces and the peripheral gutters (5) which border them.
The thermal working fluid then joins the atmospheric working fluid (wind) in the peripheral gutter (5) passing through these openings (9).
In the opposite case (eg: smooth helical surfaces (3,4)), the peripheral gutter (5) will be split, each placed in the opposite direction to the other.
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Sense of rotation.
.................... The direction of rotation of the turbine (1) changes according to the position of the axis of rotation (2) relative to the direction of the thrust of the working fluid (8) as well as in the direction of the screwing pitch (fig. 13).
The orientation of the peripheral gutters (5) has no influence on the direction of rotation of the turbine (1),
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Orientationdeta turbine (1).
In the case where the axis of rotation (2) of the turbine (1) is placed perpendicular to the direction of the thrust of the working fluid (8), it is not necessary to provide an orientation system, the turbine (1) in this case being multidirectional (fig. 13, c).
In the case where the axis of rotation (2) of the turbine (1) is placed obliquely to the direction of the thrust of the working fluid (8), it is not necessary to provide an orientation system because the turbine ( 1) self-orientates so as to place the top of the axis of rotation (2) towards the origin of the thrust of the working fluid (8) (fig. 13, a). In this case, an orientation system is only necessary if it is to be the bottom of the axis of rotation (2) which is oriented towards the origin of the thrust of the working fluid (8), by example in the use in mixed thermal and atmospheric turbine.
In this case also, a pivoting system for the entire turbine (1) must be provided. In the case where the axis of rotation (2) of the turbine (1.) is placed parallel to the direction of the thrust of the working fluid (8) (fig. 13, d), it is not necessary to provide an orientation system because the turbine (1) self-orientates so as to place the axis of rotation (2) parallel to the direction of the thrust of the working fluid (8). In this case, however, it is necessary to provide a pivoting system for the entire turbine (1).
This device is not necessary if the axis of rotation (2) is placed vertically (fig. 13, d) and therefore the direction of the thrust of the working fluid (8) is from bottom to top (example : vertical axis thermal turbine) or from top to bottom.
Mixed employment. already. turbine (t).
This turbine (1) can be used in a mixed manner, in time and / or in space and / or simultaneously, that is to say as an atmospheric and / or hydraulic and / or thermal turbine.
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Advantages linked to the invention (Turbine (1) described above).
1. 1. Solidity stability and reduced maintenance.
(1) by rasport to your directlon of the thrust of the f! engine uid (8) 1. 1. Strength, stability, and reduced maintenance.
The same total surface and the same surface profile are exposed in space and at each instant t to the thrust of the working fluid (fig. 1,2, 14), which gives this turbine (1) a uniform operation and therefore also great stability and, from there, great solidity going hand in hand with reduced maintenance.
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1. 2. Easy start. Silent ................
The large surface exposed to the working fluid makes starting easy without requiring the use of an auxiliary starting system, and also makes the turbine (1) very quiet.
1. 3. Simplicity of manufacture and reduced cost.
The simple principle of design and operation allows unsophisticated manufacturing, therefore at reduced cost especially in the case of the use of cheap materials, which is possible.
Indeed, this turbine (1) can be manufactured in different materials, from very light to very heavy, in particular canvas or the like on a wooden, plastic, metal frame, etc. as well as in molded synthetic material or not, without forgetting the metal.
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1. 4. Modular.
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The technical simplicity of manufacture and / or assembly can be increased by the manufacture of all identical modules that can be threaded and / or attached to the axis
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rotation (2) two by two with an angle offset to obtain the two helical surfaces (3,4).
The peripheral gutters (5) can be an integral part of the modules or be added during assembly.
The realization by modules also allows to be able to modulate over time the size of the turbine if the axis is planned long enough.
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1.5.Possibility.dintegrer! Ageneratnceat'axe de rqtatipn. (2), 1.5, p'q, i bi 1 it, q '! RJ. $, manage. [; ? g, $ r1r1rjç ..? Y? X .. q. R9. 1? tj9, r: ljt For this model of turbine, the axis of rotation (2) can have a large diameter without drawbacks, It can therefore consist of a movable outer tube, integral with the helical surfaces, pivoting around a tube fixed of smaller diameter, these two tubes being provided with the devices necessary to constitute in themselves a generator.
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1. 6 ,. Mixed employment.
The same turbine model (1) can be used as an atmospheric turbine, ie a wind turbine and / or hydraulic turbine and / or thermal turbine.
Some of these mixed jobs are obviously dependent on the material (s) used to make the turbine.
The possibility of mixed employment can be advantageous under certain conditions to maximize returns. For example, use in wind and thermal turbines in hot and windy regions.
1. 7. Multidirectional or self-orientating in certain cases
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This turbine (1) is muitidirectionnee in! e case where the axis of rotation (2) is p! acé This turbine (1) is multidirectional in the case where the axis of rotation (2) is placed perpendicular to the direction of the thrust of the working fluid (8).
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It is self-orientating in the case where the axis of rotation (2) is placed parallel or obliquely from the front (fig. 13, d, a) relative to the direction of the thrust of the working fluid (8).
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1. 8 Placement of the generator, The placement of the generator can be done close to the ground in the case where the axis is either vertical or oblique.
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1. 9 .. Operation by rocking.
........................ This turbine only works by rocking if it is suspended by the top of the axis of rotation (2).
1. 10.Nondangereusepourtes oiseaux, If birds are entrained in the turbine (1), they will be released at the top of the latter at the same time as the working fluid.
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2. Specific advantages of the position placed obliquely to the direction of the thrust of the working fluid (8).
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2. 1. The oblique positioning of the axis of rotation (2) towards or opposite to the direction of the thrust of the working fluid (8) generates the characteristic, due specifically to the helical shape, of presenting an exposed surface. to the thrust of the working fluid acting in the direction of rotation significantly greater than the surface exposed to the thrust of the working fluid acting in the opposite direction to the rotation.
The ideal obliqueness depends on the ratio between the height and the diameter of the cylinder in which the helical surfaces are inscribed (3.4), also taking into account the width of the peripheral gutters (5).
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Figures 2,4, and 7 show views of the turbine (1) facing the working fluid, the top of the axis being tilted obliquely forward 17, 74 * relative to the vertical.
The direction of rotation in this case is the same as the direction of the screwing pitch.
The same figures viewed upside down represent views of the turbine (1) back to the working fluid, the top of the axis of rotation (2) being tilted obliquely backwards from 17, 74. relative to the vertical . The direction of rotation in this case is opposite to the direction of the screwing pitch.
This specific characteristic of the oblique positioning of the axis of rotation (2) of the turbine (1) represents a huge advantage compared to the positioning perpendicular to the direction of the thrust of the working fluid (8) (fig 1,3 and 6) , motive fluid which in this case meets two surfaces, to the left and to the right of the axis of rotation (2), identical from the point of view of the size of their surface. In this case, only the helical shape and the possible differences in profiles generate the rotational movement of the turbine (l), amplified by the peripheral gutters (5).
2. 2. The oblique positioning of the axis of rotation (2) causes the turbine (1) to self-orient so as to place the top of the axis towards the origin of the thrust of the working fluid, the direction of rotation being in this case the same as the direction of the screwing pitch.
The direction of rotation can be changed simply by changing the orientation of the turbine (1) so as to place the bottom of the axis towards the origin of the thrust of the working fluid. This can be done by exiting a drift for example.
The two ends of the axis of rotation can be mounted free, each on a walkway, or, one of these two ends only free and the other fixed.
2. 3. The oblique positioning of the axis of rotation (2) back to the working fluid (fig. 13, b) can be obtained without an orientation system, by placing the turbine (1) vertically at the top of a hill . In addition, this positioning allows the use of the turbine (1) in a mixed, atmospheric and thermal turbine, since the direction of rotation in this case is the same.
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Examples of possible achievements thanks to the turbine model (1) presented above.
The same model of turbine (1) being able to be used for wind, hydraulic or thermal realizations, the same figures are repeated several times with references to descriptions of different realizations.
Figures 1,3,5 and 6: wind turbines with bi-helical surface and vertical axis of rotation (2) composed respectively of, 3 turns of propeller and 60 steps / counter-steps "1 turn of propeller and 20 steps / against -marches ", 1/2 turn of propeller and 10 steps steps / counter-steps".
Figures 2 4 and 7: wind turbines with bi-helical surface and oblique axis of rotation (2) (angle of 17,740 forward with respect to the vertical) composed respectively of, 3 turns of the propeller and 60 steps / against - steps ", 1 turn of propeller and 20 steps / counter-steps" 1/2 turn of propeller and 10 steps / counter-steps ".
Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7: hydraulic turbines produced and operating according to the same characteristics as the wind turbines described above.
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FIGS. 1, 3, 5, and 6j thermal turbines with bai-helical surface and vertical axis of rotation (2) composed respectively of, 3 propeller turns and 60 steps / risers ", 1 propeller turn and 20 steps / counter- steps "1/2 turn of propeller and 10 steps / counter-steps".
These thermal turbines operating thanks to a temperature difference between the two ends of the turbine (1), they can be made in large dimensions to exploit the temperature difference between the air on the ground and the colder air of the higher layers of the atmosphere.
However, the direction of rotation of this turbine (1) is opposite to the direction of rotation of this same turbine used in wind turbines, except in the case where it is placed at the top of a hill.
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It must therefore be placed in a cylinder which will protect it from the action of the wind and at the same time create an aspiration of the fluid upwards, which will increase the yield.
To still benefit from wind energy, this cylinder can be opened on 1/4 of a turn, the wind then acting on half of the turbine (right half looking at Figures 1,3, 5 and 6 and considering that 'we have the wind in the back, left half under the same conditions if the screwing pitch is reversed compared to Figures 1,3, 5 and 6.
This cylinder must have an orientation system (drift).
The temperature on the ground can be increased thanks to a set of mirrors concentrating the solar radiation for example on a metal plate placed under the turbine (1).
The thermal turbines represented by FIGS. 1, 3, 5 and 6 looked backwards (n * of page at the bottom), that is to say with the peripheral gutters directed downwards, have a substantially better efficiency.
Figure 2, 4 and 7. looked upside down (n * of page at the bottom): thermal turbines with bi-helical surface and oblique axis of rotation (2) (angle of 17,748 backwards with respect to the vertical) respectively composed of , 3 turns of propeller and 60 <<steps / counter-steps ", 1 turn of propeller and 20 steps / counter-steps", 1/2 turn of propeller and 10 "steps / counter-steps".
These turbines, positioned as described above and considering, looking at them, that the wind is in the back, rotate under the action of thermal fluid in the same direction as under the action of wind fluid. This positioning (fig 13, b) therefore does not require any particular device to operate as a mixed atmospheric and thermal turbine. Only a drift is necessary to counteract the self-orientation, which is done in the opposite direction to that required.
Figures 15 and 16: turbine (1) responding to the following specific case: no screwing equal to 0 cm, number of helix turns of each helical surface equal to 1/2, number of steps / risers or undulations equal to # #, helical surfaces (3,4) placed obliquely to the axis of rotation (2), gutters
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peripherals (5) furnished with blades (10) arranged at an angle to the tangent to the external attachment points of these blades (10).