BE1021773B1 - AERONTICALLY AUTONOMOUS AERATION TURBINE - Google Patents
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Abstract
Aérateur (2) généralement sur flotteur (4) pour l'aération des plans d'eau naturels ou artificiels (5) et lagunes d'épuration des eaux qui ressemble sur une unité énergétiquement autonome, l'aérateur comprenant un moteur (1), un mobile d’aération entraîné par ledit moteur (1), et un système de captage d'énergie solaire (3), caractérisé en ce que l'aérateur est un aérateur de surface de type lent, en ce que le moteur est de type asynchrone, et en ce que le système comprend en outre un moyen de transformation du courant électrique produit par ledit système de captage d'énergie solaire (3) en un courant alternatif (AC) assimilable par ledit moteur (1).Aerator (2) generally on a float (4) for aeration of natural or artificial water bodies (5) and water purification lagoons which resemble an energetically autonomous unit, the aerator comprising a motor (1), an aeration unit driven by said motor (1), and a solar energy collection system (3), characterized in that the aerator is a slow type surface aerator, in that the motor is of the type asynchronous, and in that the system further comprises means for transforming the electric current produced by said solar energy collection system (3) into an alternating current (AC) which can be assimilated by said motor (1).
Description
Turbine d'aération énergétiquement autonomeEnergy-autonomous ventilation turbine
La présente invention se rapporte à l'aération électro-mécanique pour le traitement des eaux par voie biologique. Le but de l'invention consiste à utiliser une forme d'énergie solaire (vent et lumière) non stockable directement et de permettre la transformation de cette source d'énergie de manière telle que la source d'énergie soit stockable.The present invention relates to electromechanical aeration for biological water treatment. The object of the invention is to use a form of solar energy (wind and light) not directly storable and to allow the transformation of this energy source so that the energy source is storable.
Avant de développer de nouveaux aérateurs de surface ou turbines d'aération, une évaluation des différents systèmes d'aération doit être faite en se basant sur les expériences passées et sur la littérature existante. Les systèmes d'aération peuvent être subdivisés en 2 groupes : l'aération de fond et l'aération de surface. L'aérateur de fond peut être subdivisé également en différents systèmes dont le plus performant est le système connu sous le nom de « fines bulles ». Les aérateurs de surface sont subdivisés en aérateurs lents et en aérateurs rapides. Les aérateurs lents sont à nouveau subdivisés en aérateurs à arbre vertical et aérateurs à arbre horizontal (les brosses).Before developing new surface aerators or aeration turbines, an evaluation of the different aeration systems must be made based on past experiences and existing literature. Aeration systems can be subdivided into 2 groups: background aeration and surface aeration. The bottom aerator can also be subdivided into different systems, the most efficient of which is the system known as "fine bubbles". Surface aerators are subdivided into slow aerators and fast aerators. Slow aerators are further subdivided into vertical shaft aerators and horizontal shaft aerators (brushes).
Les aérateurs lents à arbre vertical sont les plus utilisés car ils ont le meilleur rendement d'oxygénation, la plus haute capacité d'oxygénation par unité et la meilleure capacité de brassage ou propulsion dans des unités de type fossé d'oxydation. De plus, ces derniers peuvent être aisément régulés en vitesse soit par des moteurs à bi-vitesse soit par des variateurs de fréquence.Slow vertical shaft aerators are the most commonly used because they have the highest oxygenation efficiency, the highest oxygenation capacity per unit and the best mixing or propulsion capability in oxidation ditch units. In addition, these can be easily regulated in speed either by dual-speed motors or by frequency converters.
En les comparant aux systèmes d'aération à fines bulles les aérateurs de surface à arbre vertical de type lent ont de multiples avantages également. Le coût d'investissement est nettement plus faible. Il en est de même pour la maintenance alors que les aérateurs à fines bulles doivent impérativement être nettoyés régulièrement. La durée de vie des aérateurs de surface de type lent est nettement plus élevée et leur fiabilité largement supérieure. Le rendement d'oxygénation semble moins élevé dans un premier temps mais après vieillissement des membranes, le rendement d'oxygénation des fines bulles décroît considérablement. Le transfert d'oxygénation en eaux usées urbaines est plus favorable aux aérateurs de surface lents. Ce ratio est usuellement connu sous le nom de facteur alpha. Sur de longues périodes on peut constater que la consommation énergétique des aérateurs de surface de type lent est similaire aux fines bulles. D'autres critères sont également importants à prendre en considération tels que le bruit, les aérosols et les accessoires indispensables à un système d'aération. Les aérateurs de surface de type lent peuvent être entièrement recouverts de manière à supprimer toute nuisance. Les accélérateurs de courant, ventilateurs, instrumentation, indispensables aux fines bulles, ne le sont pas pour les aérateurs de type lent.Compared with fine-bubble aeration systems, slow-type vertical shaft surface aerators have multiple advantages as well. The investment cost is significantly lower. It is the same for maintenance while fine bubble aerators must be cleaned regularly. The service life of slow-type surface aerators is much higher and their reliability much higher. The oxygenation yield appears to be lower initially, but after aging of the membranes, the oxygenation efficiency of the fine bubbles decreases considerably. The transfer of oxygenation to urban wastewater is more favorable to slow surface aerators. This ratio is usually known as the alpha factor. Over long periods it can be seen that the energy consumption of slow-type surface aerators is similar to fine bubbles. Other criteria are also important to consider such as noise, aerosols and accessories essential to a ventilation system. Slow surface aerators can be completely covered to remove any nuisance. Current accelerators, fans, instrumentation, essential for fine bubbles, are not for slow type aerators.
Toutes ces considérations conduisent à développer, produire des aérateurs de surface de type lent à arbre vertical ou horizontal qui ont de très bons rendements énergétiques. L'invention consiste à utiliser les propriétés intrinsèques de ces turbines dans une application énergétique autonome.All these considerations lead to the development and production of slow-surface type aerators with vertical or horizontal shafts that have very good energy yields. The invention consists in using the intrinsic properties of these turbines in an autonomous energy application.
Tous ces systèmes d'aération utilisent le moteur asynchrone qui a d'excellentes propriétés mécaniques et électriques. L'invention visera donc si possible à maintenir ce type de moteur d'entraînement.All these aeration systems use the asynchronous motor which has excellent mechanical and electrical properties. The invention will therefore if possible to maintain this type of drive motor.
Dans les lagunes, lacs, étangs, la lumière produit par la photosynthèse de l'oxygène de manière naturelle. L'avantage de ce procédé naturel réside dans l'absence de consommation d'énergie primaire fossile et dans l'absence d'outils de production d'air. Toutefois devant l'accroissement de la charge polluante, la photosynthèse ne suffit pas toujours. Le concepteur recourt alors à des aérateurs mécaniques qui transforment l'électricité en oxygène dissous.In lagoons, lakes, ponds, the light produced by photosynthesis of oxygen in a natural way. The advantage of this natural process lies in the absence of fossil primary energy consumption and in the absence of air production tools. However, in view of the increase in pollutant load, photosynthesis is not always enough. The designer then uses mechanical aerators that convert electricity into dissolved oxygen.
Les aérateurs de surface sont régulièrement utilisés pour l'aération des lagunes. Grâce à leur capacité de brassage, ils permettent d'augmenter la profondeur des lagunes et de doper en oxygène le procédé épuratoire biologique qui s'accélère. Toutefois les lagunes sont régulièrement installées à l'extérieur des centres urbains, dans des cuvettes et loin de toute habitation et réseau électrique. Il faut pour cela de l'électricité qui peut être fournie soit par le réseau soit par une unité de production d'énergie primaire indépendante renouvelable ou fossile. L'oxygénation des bactéries est un processus continu et les microorganismes ne peuvent se passer d'oxygène. La solution classique serait donc de prévoir des batteries électriques permettant de couvrir les périodes sans énergie renouvelable. L'invention évite ce type de stockage onéreux et peu fiable en accumulant l'oxygène dissout dans un grand volume d'eau. A cet effet l'invention se rapporte à un aérateur comme revendiqué dans la revendication 1, et à une utilisation d'un tel aérateur comme revendiquée dans la revendication 6.Surface aerators are regularly used for aeration of lagoons. Thanks to their brewing capacity, they make it possible to increase the depth of the lagoons and to oxygenate the accelerating biological purification process. However, lagoons are regularly installed outside urban centers, in basins and far from any home and electricity grid. This requires electricity that can be supplied either by the grid or by a renewable or fossil independent primary energy production unit. Oxygenation of bacteria is a continuous process and microorganisms can not do without oxygen. The classic solution would be to provide electric batteries to cover periods without renewable energy. The invention avoids this type of expensive and unreliable storage by accumulating dissolved oxygen in a large volume of water. To this end, the invention relates to an aerator as claimed in claim 1, and to a use of such an aerator as claimed in claim 6.
Un mode de reâlisation de l'invention consiste en un appareil d'oxygénation (2), généralement sur flotteur (4), des plans d'eau naturelle ou artificielle (5), qui rassemble sur une unité énergétiquement autonome, le système de captage d'énergie solaire (3), la transformation du courant électrique produit en un courant assimilable par un moteur de type asynchrone (1) et le stockage court terme de l'énergie sous une forme chimique (5). L'appareil peut être constitué de différentes variantes reprises ci-après :One embodiment of the invention consists of an oxygenation apparatus (2), generally on a float (4), natural or artificial water bodies (5), which gathers on an energy-autonomous unit, the capture system of solar energy (3), the transformation of the electric current produced into an assimilable current by an asynchronous type motor (1) and the short-term storage of the energy in a chemical form (5). The apparatus may consist of different variants listed below:
Le moyen de production d'énergie solaire est soit le vent soit la lumière, L'appareil est composé soit d'une passerelle flottante soit de certains supports fixes sur berges.The means of producing solar energy is either wind or light. The apparatus is composed either of a floating bridge or of certain fixed supports on banks.
Le mobile d'aération sera une hélice à arbre vertical ou horizontale faiblement immergée.The aerator will be a propeller vertical shaft or horizontal low immersed.
La ou les structure (s) ou chassis et flotteurs pourront être en différents types de matériaux, acier, composites et synthétique.The structure (s) or chassis and floats may be in different types of materials, steel, composite and synthetic.
Le mobile peut être couvert pour limiter les nuisances ou récupérer les pertes énergétiques dissipées.The mobile can be covered to limit nuisance or recover energy losses dissipated.
Le nombre de flotteurs dépendra de la taille de l'aérateur et ils peuvent être soit insubmersibles soit vides. L'appareil n'est pas destiné à être déplacé mais il peut s'orienter par ses propres moyens pour augmenter son efficacité énergétique.The number of floats will depend on the size of the aerator and they can be either unsinkable or empty. The device is not intended to be moved but it can move by its own means to increase its energy efficiency.
La commande de l'appareil est faite soit à partir de la berge soit sur l'appareil même. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation repris dans ce document mais couvre aussi les différentes variantes en ce qui concerne les câbles électriques et leur implantation, les réducteurs de vitesses, les classes de rendement de moteur, les programmes de calcul d'optimalisation.The control of the device is made either from the bank or on the device itself. The invention is not limited to the embodiments described in this document but also covers the various variants with respect to electrical cables and their implementation, gear reducers, motor efficiency classes, computer calculation programs and the optimization.
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