BE1018684A3 - Ameliorations a un systeme de production d'energie. - Google Patents

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BE1018684A3 BE2009/0149A BE200900149A BE1018684A3 BE 1018684 A3 BE1018684 A3 BE 1018684A3 BE 2009/0149 A BE2009/0149 A BE 2009/0149A BE 200900149 A BE200900149 A BE 200900149A BE 1018684 A3 BE1018684 A3 BE 1018684A3
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Abstract

L'invention propose un système de production d'énergie à partir d'un fluide caloporteur comprenant un générateur d'électricité associé à une turbine alimentée par un flux d'air admis à la base d'une tour dans lequel ladite tour est munie de différent étages de pales, et en alternance, d'étages d'échangeurs de chaleur (10), lesdites pales étant actionnées par la montée de l'air réchauffé au fur et à mesure de son ascension dans la tour, le fluide caloporteur (4) alimentant les échangeurs de chaleur (10) en descendant à travers ceux-ci à partir de celui situé au plus haut niveau. A au moins un étage de pales il est prévu un dispositif de forme conique ou ogivale déviant radialement l'air chauffé ascendant vers l'extrémité desdites pales.

Description

AMELIORATION A UN SYSTEME DE PRODUCTION D'ENERGIE
La présente invention constitue une amélioration du système divulgué dans le document PCT/BE2006/000119 du même demandeur intitulé "Production d'électricité à partir d'énergies basses températures", dont le contenu est intégré dans la présente description par référence.
Ce système est basé sur la production d'un vent chaud vertical, réchauffé par passage dans des échangeurs de chaleur situés sur plusieurs niveaux, et entre ces échangeurs sont placées des hélices d'éoliennes qui, en tournant, entraînent un rotor qui produira de l'énergie électrique.
Les figures 1 et 2 illustrent schématiquement une tour selon cette invention avec les différents paliers d'échange de chaleur.
Les éoliennes classiques qui se multiplient actuellement dans le paysage présentent des tailles très grandes afin de capter un maximum de vent : surface de prise au vent (grands diamètres des pales) et grandefhauteurs (pour éviter les obstacles).
Cette conception est logique car l'homme n'est maître ni de la vitesse ni de la direction du vent.
Mais le gigantisme a également des conséquences négatives : inerties plus grandes et structures plus lourdes.
D'autre part, si l'énergie captable par une éolienne est proportionnelle au carré du diamètre de l'éolienne (Surface de prise au vent = pi D^/4), il n'en est pas moins vrai que cette quantité d'énergie est proportionnelle au cube de la vitesse (P +/-= 0,29 V3).
L'amélioration proposée par la présente invention, par rapport au système antérieur, est basée sur une utilisation privilégiée de la vitesse du vent au détriment de la surface de prise au vent.
En effet, dans la demande de brevet susmentionnée, le vent créé est avantageusement fixe en direction, et sa vitesse est fonction de la chaleur disponible.
La figure 3 illustre une section inférieure d'une tour selon l'invention dans laquelle est illustré le dispositif déviateur d'air, qui peut être complété par un dispositif de déflecteurs qui suit lors de l'ascension de l'air chaud.
Les figures 4 et 5 montrent sous forme de schéma les améliorations que l'on peut attendre lorsque le vent est dévié vers la périphérie.
Le paragraphe suivant expose une note de calcul relative aux améliorations chiffrées que l'on peut valablement estimer.
Effet sur le moment de rotation
Dans le cas d'une éolienne classique (pour la simplicité on considère une éolienne à 4 branches), avec un vent VI, l'effort agissant sur les pales aura la forme montrée à la figure 3.
II apparaît que le moment qui déclenchera la rotation est égal a
Ml = P x 1 ou
Ml = p x l2
Si l'ensemble des efforts p est concentré sur les 4/10 de l'extrémité de chaque pale, la vitesse du vent V2 sera supérieure à VI.
On peut selon une première approximation supposer que l'effet de pression sur les pales sera globalement le même.
Les forces résultantes P se trouveront alors à 2/10 de l'extrémité, et le moment entraînant la rotation serait alors égal a M2 = P x 2 x O, 81 = 1,6 PI soit M2 = 1,6 Ml
Si on prévoit un dispositif déviant le vent vers la périphérie de sorte que la force résultante P est déplacée du centre de la pale (1/2) vers l'extrémité et à 1/8 du centre de rotation, le moment engendré (en supposant que P reste le même) sera augmenté de 60%.
L'effet de l'accélération du vent est analysé ci-après:
Lorsqu'un vent d'une vitesse VI traverse une section SI, le volume qui passe à la seconde est égal a V1S1.
Si la section de passage du vent est réduite par bouchage (et donc déviation du vent ascendant) de la partie centrale (bouchage de 8 m sur 10 par exemple) et que le même volume doit passer par la section annulaire restant ouverte, alors la vitesse de sortie devra passer à V2 de façon à avoir:
Figure BE1018684A3D00051
D'où: V2 = VI (100)/(100 - 64) * VI x 2,78
Supposons une première éolienne El d'un diamètre de 10m dans laquelle passe un vent VI de 2 m/s.
La puissance fournie par cette éolienne, serait (selon BETZ) proportionnelle à PI = + /- 0,23 x (10)2 x (2)3 = 184 Watt/s
Supposons maintenant une éolienne identique avec un vent V2 de : V2 = VI x 2,78 = 5,56 m/s
La puissance fournie par cette éolienne E2, serait (selon BETZ) proportionnelle à
Figure BE1018684A3D00061
Supposons maintenant une éolienne E3 d'un diamètre de 8 m avec le vent V2.
La puissance fournie par cette éolienne E3, serait (selon BETZ) proportionnelle à
Figure BE1018684A3D00062
Cela veut dire qu'une éolienne/turbine P4:
Ayant une surface au vent annulaire d'un diamètre extérieur = 10 m d'un diamètre intérieur = 8 m traversée par un vent de 5,56 m/s fournira une puissance proportionnelle à P4 = + /- (P2 - P3) = 1423 Watt/s D 1 où P4/P1 = 1423/184 = 7,73
On peut dès lors conclure que le gain de puissance calculé selon l'invention est certainement supérieur aux pertes de charges induites par le rétrécissement de la section.
Le système ayant pour but l'amélioration du rendement, les caculs ci-dessus sont donnés pour avoir une donnée de l'amélioration possible. Le maximum ne sera jamais atteint car il n'a pas été tenu compte des pertes de charges, celles-ci étant à déterminer au cas pas cas.

Claims (5)

1. Système de production d'énergie à partir d'un fluide caloporteur (4) comprenant un générateur d'électricité (13) associé à une turbine (2) alimentée par un flux d'air (30) admis à la base d'une tour dans lequel ladite tour est munie de différent étages de pales (40), solidarisées à un axe central (2) actionnant le générateur, et en alternance, d'étages d'échangeurs de chaleur (10), lesdites pales étant actionnées par la montée de l'air réchauffé au fur et à mesure de son ascension dans la tour, le fluide caloporteur (4) alimentant les échangeurs de chaleur (10) en descendant à travers ceux-ci à partir de celui situé au plus haut niveau caractérisé en ce que à au moins un étage de pales il est prévu un dispositif déviant radialement l'air chauffé ascendant vers l'extrémité desdites pales.
2. Système selon la revendication 1 dans lequel le dispositif est une surface de forme conique ou ogivale solidarisée à une structure axiale de la tour, fixe ou libre en rotation.
3. Système selon n'importe laquelle des revendications précédentes caractérisé en ce que le rapport de la surface annulaire présentée au vent à la surface circulaire recouvert par le dispositif déviateur varie de 1/10 à 10.
4. Système selon la revendication précédente dans lequel ledit rapport varie de 1/5 à 5.
5. Système selon n'importe laquelle des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est prévu des déflecteurs au dessus du système déviateur et après les pales dudit au moins un étage de pale.
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