BE1021773B1 - Turbine d'aeration energetiquement autonome - Google Patents

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BE1021773B1 BE2013/0044A BE201300044A BE1021773B1 BE 1021773 B1 BE1021773 B1 BE 1021773B1 BE 2013/0044 A BE2013/0044 A BE 2013/0044A BE 201300044 A BE201300044 A BE 201300044A BE 1021773 B1 BE1021773 B1 BE 1021773B1
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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).

Description

Turbine d'aération énergétiquement autonome
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 :
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.
Le mobile d'aération sera une hélice à arbre vertical ou horizontale faiblement immergée.
La ou les structure (s) ou chassis et flotteurs pourront être en différents types de matériaux, acier, composites et synthétique.
Le mobile peut être couvert pour limiter les nuisances ou récupérer les pertes énergétiques dissipées.
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.
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.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS
    1. Aérateur (2) généralement sur flotteur (4) pour 1'aération des plans d'eau naturels ou artificiels (5) et lagunes d'épuration des eaux qui rassemble 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 an 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).
  2. 2. Aérateur suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que le mobile d'aération comprend une hélice à arbre vertical ou horizontale adapté pour être faiblement immergée.
  3. 3. Aérateur suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel le moyen de transformation comprend un boîtier électronique de contrôle (7) du moteur et transformant l'énergie électrique de type continu (DC) en impulsion de largeur variable â fréquence fixe.
  4. 4. Aérateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un logiciel d'optimalisation de production d'énergie en fonction de l'énergie solaire disponible. '
  5. 5. Aérateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant plusieurs mobiles d'aération sur une unité flottante
  6. 6. Utilisation de 1'aérateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, installé sur un plan d'eau, pour accumuler une quantité d'oxygène sous forme dissoute dans l'eau.
  7. 7. Utilisation suivant la revendication 5, dans laquelle l'aérateur s'oriente de manière idéale par rapport à la direction d'une source d'énergie solaire.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0931764A2 (fr) * 1998-01-23 1999-07-28 Nippon Telegraph and Telephone Corporation Dispositif flottant autonome pour la purification d' eau et méthode pour la purification d' eau
US20070104025A1 (en) * 2005-11-10 2007-05-10 Sensor Labo.Corp. Bottom soil improving apparatus utilizing characteristics of solar battery, DC motor and expanded paddle vanes
US20100283162A1 (en) * 2005-05-17 2010-11-11 Galletta Jr Robert Joeseph Method and apparatus for controlled aeration of liquid medium in a pipe

Patent Citations (3)

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