CA2324667A1

CA2324667A1 - Hydroelectric machine

Info

Publication number: CA2324667A1
Application number: CA 2324667
Authority: CA
Inventors: Nabil H. Frangie
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2002-04-23

Abstract

- La présente invention concerne une machine électrique. - Selon l'invention, la machine comprend: .cndot. au moins un bras (5) susceptible de tourner autour d'un axe (4), .cndot. ledit bras (5) supportant un ensemble comprenant un compresseur pour fluide (9) et, en aval, une turbine (11) reliée au rotor d'un pre- mier générateur de courant électrique (12), et .cndot. ledit bras (5) étant solidaire d'une première roue à gorge (14), ell e- même reliée à une seconde roue à gorge (18) par l'intermédiaire d'une courroie de transmission (17), .cndot. l'axe (19) de ladite seconde roue à gorge (18) étant solidaire du ro - tor d'un second générateur de courant électrique (20).- The present invention relates to an electric machine. - According to the invention, the machine comprises: .cndot. at least one arm (5) capable of rotating around an axis (4), .cndot. said arm (5) supporting an assembly comprising a fluid compressor (9) and, downstream, a turbine (11) connected to the rotor of a first electric current generator (12), and .cndot. said arm (5) being integral with a first grooved wheel (14), itself connected to a second grooved wheel (18) by means of a transmission belt (17), .cndot. the axis (19) of said second grooved wheel (18) being integral with the rotor of a second electric current generator (20).

Description

La présente invention concerne une machine électrique.
La production d'énergie électrique est soumise à différentes con-traintes qui résultent des effets négatifs que ladite production entraîne.
Ces contraintes sont constituées, d'une part, par la disponibilité à long terme des énergies fossiles et par la pollution que leur combustion provo-que et, d'autre part, par le rendement incertain des deux principales énergies renouvelables --éolienne et solaire-- et, enfin, par les problèmes de sécurité et par l'impopularité que rencontre l'extension de l'usage de l'énergie nucléaire.
L'ensemble des effets négatifs de la production d'énergie électri-que a pour conséquences deux faits principaux : les investissements augmentent de plus en plus, tandis que la dégradation de l'environnement devient de plus en plus sensible.
La présente invention a pour but de fournir une machine électrique i5 produisant une énergie électrique sans effets nocifs pour l'environnement et avec des coûts d'installation et de fonctionnement plus modérés.
A cet effet, la machine électrique est remarquable, selon l'inven-tion, en ce qu'elle comprend - au moins un bras .susceptible de tourner autour d'un axe, 20 - ledit bras supportant un ensemble comprenant un compresseur pour fluide ou analogue et, en aval, une turbine reliée au rotor d'un premier générateur de courant électrique, et - ledit bras étant solidaire d'une première roue à gorge, elle-même reliée à une seconde roue à gorge par l'intermédiaire d'une courroie de 25 transmission, The present invention relates to an electric machine.
The production of electrical energy is subject to different con-tracings which result from the negative effects which said production entails.
These constraints consist, on the one hand, of long-term availability term of fossil fuels and by the pollution that their combustion provokes that and, on the other hand, by the uncertain performance of the two main renewable energies - wind and solar - and, finally, by the problems security and the unpopularity encountered by the extension of the use of nuclear energy.
All of the negative effects of electrical energy production that results in two main facts: investments increase more and more, while environmental degradation becomes more and more sensitive.
The present invention aims to provide an electric machine i5 producing electrical energy without harmful effects on the environment and with more moderate installation and operating costs.
To this end, the electric machine is remarkable, according to the invention.
tion, in that it includes - at least one arm. likely to rotate around an axis, 20 - said arm supporting an assembly comprising a compressor for fluid or the like and, downstream, a turbine connected to the rotor of a first electric current generator, and - Said arm being integral with a first grooved wheel, itself connected to a second grooved wheel by means of a 25 transmission,

2 - l'axe de ladite seconde roue à gorge étant solidaire du rotor d'un se-cond générateur de courant électrique, de sorte que, d'une part, le jet de fluide expulsé vers tes pales de ladite turbine entraîne la rotation dudit bras et, de ce fait, celle de ladite pre-mière roue à gorge et, ainsi, via ladite courroie de transmission, celle de ladite seconde roue à gorge, entraînant ledit second générateur pour pro-duire du courant électrique, et, d'autre part, le jet de fluide, lui-méme, heurtant les pales de ladite turbine, entraîne, via cette dernière, ledit pre-mier générateur pour produire du courant électrique.
o Ainsi, la quantité totale de courant produit sera égale à la somme du courant produit par ledit premier générateur et de celui produit par le-dit second générateur.
Par ailleurs, dans le cas où ledit fluide est un liquide, notamment de l'eau, ledit ensemble, compresseur-turbine, porté sur chacun desdits ~5 bras comporte de plus un réservoir de liquide, alimenté par une pompe reliée, par un tuyau d'admission, à un bassin rempli dudit liquide.
Avantageusement, ledit bassin présente une forme circulaire et ledit ensemble bras - première roue à gorge est supporté par des roues destinées à tourner en suivant la piste circulaire formée par la surface su-2o périeure de la paroi extérieure dudit bassin circulaire.
Selon une autre caractéristique de l'invention, pour l'alimentation en énergie électrique de la pompe et du compresseur, deux anneaux mé-talliques conducteurs sont supportés à l'extrémité supérieure de l'axe de rotation du ou des desdits bras, en regard de deux autres anneaux métal-25 tiques conducteurs respectifs, portés par un plan horizontal non conduc-teur, lui-même soutenu par une structure indépendante de la machine, lesdits anneaux métalliques étant reliés notamment par l'intermédiaire de brosses ou balais conducteurs. 2 the axis of said second grooved wheel being integral with the rotor of a se-cond electric current generator, so that, on the one hand, the jet of fluid expelled towards your blades from said turbine drives the rotation of said arm and, therefore, that of said pre-throat wheel and, therefore, via said transmission belt, that of said second grooved wheel, driving said second generator to pro-to draw the electric current, and, on the other hand, the jet of fluid, itself, hitting the blades of said turbine, drives, via the latter, said pre-mier generator to produce electric current.
o Thus, the total amount of current produced will be equal to the sum of the current produced by said first generator and that produced by the says second generator.
Furthermore, in the case where said fluid is a liquid, in particular water, said assembly, compressor-turbine, carried on each of said ~ 5 arms also has a liquid reservoir, supplied by a pump connected, by an intake pipe, to a basin filled with said liquid.
Advantageously, said basin has a circular shape and said arm - first grooved wheel assembly is supported by wheels designed to turn along the circular track formed by the surface 2o of the outer wall of said circular basin.
According to another characteristic of the invention, for food in electrical energy from the pump and the compressor, two rings metallic conductors are supported at the upper end of the axis of rotation of said arm (s), opposite two other metal rings-25 respective conductive ticks, carried by a horizontal non-conductive plane tor, itself supported by a structure independent of the machine, said metal rings being connected in particular by means of conductive brushes or brooms.

3 Selon encore une autre caractéristique de l'invention, pour véhi-culer le courant électrique fourni par ledit premier générateur, encore deux autres anneaux métalliques conducteurs, soutenus par ledit plan horizontal, font face à deux anneaux métalliques conducteurs respectifs, lesdits anneaux métalliques étant reliés notamment par l'intermédiaire de brosses ou balais conducteurs.
De plus, la machine peut comporter un certain nombre de bras, notamment de 1 à 4, portant chacun ledit ensemble compresseur-turbine, complété, dans le cas d'un fluide liquide, par ledit réservoir et ladite pompe.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut étre réalisée.
~La figure 1 est une vue en coupe schématique de la machine se-Ion l'invention.
~5 La figure 2 est une vue de dessus de la machine selon l'invention suivant la flèche II de la figure 1.
La machine électrique 1 selon l'invention, représentée schémati-quement sur les figures 1 et 2, est destinée à produire du courant électri-que à un faible coût et sans provoquer de pollution. Ladite machine ex-20 ploite les propriétés des fluides liquides ou gazeux. Dans l'exemple de réalisation, non limitatif, illustré, le fluide utilisé est de l'eau.
Dans ce cas, comme on le voit sur les figures 1 et 2, la machine 1 est constituée comme suit. Au centre d'un bassin circulaire 2 rempli d'eau, il est prévu une base 3 sur laquelle est monté, de façon à pouvoir 25 tourner, un axe 4. L'axe 4 peut tourner, par exemple, grâce à un rouie-ment à billes (non montré) prévu à l'interface des parties 3A et 3B de la base 3.
L'axe 4 porte, au voisinage de son extrémité inférieure, un certain nombre de bras horizontaux 5 (au moins un bras). Ce nombre peut varier, 3 According to yet another characteristic of the invention, for vehicles fuse the electric current supplied by said first generator, again two other conductive metal rings, supported by said plan horizontal, face two respective conductive metal rings, said metal rings being connected in particular by means of conductive brushes or brooms.
In addition, the machine can include a number of arms, in particular from 1 to 4, each carrying said compressor-turbine assembly, supplemented, in the case of a liquid fluid, by said reservoir and said pump.
The figures in the accompanying drawing will make it clear how the invention can be carried out.
~ Figure 1 is a schematic sectional view of the machine se-Ion the invention.
~ 5 Figure 2 is a top view of the machine according to the invention along arrow II of Figure 1.
The electric machine 1 according to the invention, shown diagrammatically Only in Figures 1 and 2, is intended to produce electric current.
only at low cost and without causing pollution. Said former machine 20 leverages the properties of liquid or gaseous fluids. In the example of embodiment, not limiting, illustrated, the fluid used is water.
In this case, as seen in Figures 1 and 2, the machine 1 is organized as follows. In the center of a circular basin 2 filled of water, a base 3 is provided on which is mounted, so that it can 25 to rotate, an axis 4. Axis 4 can rotate, for example, by means of a wheel ball bearing (not shown) provided at the interface of parts 3A and 3B of the base 3.
Axis 4 carries, in the vicinity of its lower end, a certain number of horizontal arms 5 (at least one arm). This number may vary,

4 suivant les besoins, comme illustré par le fait que, sur le dessin, deux bras 5 sont représentés en traits pleins et deux autres en traits mixtes.
Sur chaque bras 5, il est prévu un réservoir d'eau 6 alimenté par une pompe 7 dont le tuyau d'admission 8 plonge dans le bassin 2. Par ailleurs, le réservoir 6 est relié à un compresseur 9, destiné à éjecter, à
grande vitesse, un jet d'eau vers les pales 10 d'une turbine 11, l'axe de rotation de cette dernière étant solidaire du rotor d'un générateur de cou-rant électrique 12. Le compresseur 9 pourrait être remplacé par tout autre appareil destiné à augmenter la vitesse et/ou le débit d'un jet d'eau.
to En outre, l'extrémité de chaque bras horizontal 5 porte un support 13 auquel est fixée une roue à gorge 14. L'ensemble bras 5 - support(s) 13 - roue 14 est supporté par des roues 15 destinées à tourner en sui-vant la piste circulaire 16 formée par la surface supérieure de la paroi ex-térieure 2A du bassin 2. On notera que les roues 15 sont réalisées en une ~5 matière dure, de manière à éviter leur déformation, et que leur diamètre est fonction de celui-ci de la circonférence qu'elles sont susceptibles de parcourir, de façon qu'elles effectuent leur rotation avec un minimum de pertes dues aux frottements.
De plus, la roue à gorge 14 porte une courroie de transmission 17 20 qui passe par une autre roue à gorge 18, de plus petit diamètre, dont l'axe 19 est solidaire du rotor d'un générateur de courant électrique 20 (figure 21.
La pompe 7 et le compresseur 9 sont actionnés par de l'énergie électrique fournie par une source d'énergie extérieure alimentant la 25 pompe 7 et le comNresseur 9 de la manière suivante, par exemple.
A l'extrémité supérieure de l'axe 4, il est supporté deux anneaux métalliques conducteurs 21 A, 22A, isolés de l'axe 4 et de leurs supports.
Immédiatement au-dessus de ces anneaux métalliques 21 A, 22A, se trouvent deux autres anneaux métalliques conducteurs 21 B, 22B qui sont portés par un plan horizontal 23 non conducteur, lui-méme soutenu par une structure fixe 24 indépendante de la machine.
La liaison entre les anneaux métalliques 21 A, 22A et 21 B, 22B, respectivement, peut étre obtenue par l'intermédiaire de balais conduc-4 as required, as illustrated by the fact that, in the drawing, two arms 5 are shown in solid lines and two others in phantom.
On each arm 5, there is provided a water tank 6 supplied by a pump 7 whose inlet pipe 8 plunges into the basin 2. By elsewhere, the reservoir 6 is connected to a compressor 9, intended to eject, high speed, a jet of water towards the blades 10 of a turbine 11, the axis of rotation of the latter being integral with the rotor of a torque generator electric rant 12. The compressor 9 could be replaced by any other device intended to increase the speed and / or the flow of a water jet.
to In addition, the end of each horizontal arm 5 carries a support 13 to which a grooved wheel is attached 14. The arm assembly 5 - support (s) 13 - wheel 14 is supported by wheels 15 intended to turn in vant the circular track 16 formed by the upper surface of the wall ex-2A of the pelvis 2. It will be noted that the wheels 15 are made in one ~ 5 hard material, so as to avoid their deformation, and that their diameter is a function of it of the circumference that they are likely to browse, so that they rotate with a minimum of friction losses.
In addition, the grooved wheel 14 carries a transmission belt 17 20 which passes through another grooved wheel 18, of smaller diameter, of which the axis 19 is integral with the rotor of an electric current generator 20 (figure 21.
Pump 7 and compressor 9 are powered by energy supplied by an external energy source supplying the 25 pump 7 and the compressor 9 as follows, for example.
At the upper end of axis 4, two rings are supported metallic conductors 21 A, 22A, isolated from axis 4 and their supports.
Immediately above these metal rings 21 A, 22A, are find two other conductive metal rings 21 B, 22B which are carried by a non-conductive horizontal plane 23, itself supported by a fixed structure 24 independent of the machine.
The connection between the metal rings 21 A, 22A and 21 B, 22B, respectively, can be obtained by means of conductive brushes

5 teurs (ou brosses conductrices), de sorte que les deux polarités du cou-rant électrique puissent étre assurées et qu'ainsi la pompe 7 et le com-presseur 9 puissent étre alimentés via les câbles 25 et 26, respective-ment.
De manière similaire, deux autres anneaux métalliques concentri-ques conducteurs 27A, 28A sont soutenus par le plan horizontal 23. Ils font face à deux anneaux métalliques conducteurs respectifs 27B, 28B, portés par des tiges 29, 30 supportées sur chacun des bras 5, permet-tant, via les câbles 31, 32, de véhiculer le courant électrique fourni par le ' générateur 12. La liaison entre lesdits anneaux conducteurs 27A, 28A et ~5 27B, 28B, respectivement, peut être également obtenue par l'intermé-diaire de balais conducteurs (ou brosses conductrices), pour assurer le transport de l'énergie électrique fournie par le générateur 12 hors de la machine.
La machine selon l'invention fonctionne de la façon suivante.
20 Initialement, le réservoir 6 doit contenir~suffisamment d'eau pour permettre la mise en route du compresseur 9, alimenté en courant électri-que par une source -extérieure. Dans le même temps, la pompe 7 trans-fère, du bassin 2 vers le réservoir 6, une quantité d'eau égale à celle ex-pulsée à grande vitesse, par le compresseur 8, vers les pales 10 de la 25 turbine 11.
L'action de ce jet d'eau est double. D'une part, il engendre la ro-tation des bras horizontaux 5 autour de l'axe 4 (flèche F) et, de ce fait, celle de la roue à gorge 14, de sorte que, sous l'action de la courroie de transmission 17 passant par la seconde roue à gorge 18, le générateur 20 5 teurs (or conductive brushes), so that the two polarities of the electric rant can be ensured and thus the pump 7 and the presser 9 can be supplied via cables 25 and 26, respectively-is lying.
Similarly, two other metal rings concentrated ques conductors 27A, 28A are supported by the horizontal plane 23. They face two respective conductive metal rings 27B, 28B, carried by rods 29, 30 supported on each of the arms 5, allows as long, via cables 31, 32, to convey the electric current supplied by the ' generator 12. The connection between said conducting rings 27A, 28A and ~ 5 27B, 28B, respectively, can also be obtained through-diary of conductive brooms (or conductive brushes), to ensure the transport of the electrical energy supplied by the generator 12 outside the machine.
The machine according to the invention operates as follows.
20 Initially, tank 6 should contain ~ enough water to allow the compressor 9, supplied with electric current, to be started only from an outside source. At the same time, the pump 7 trans-fere, from basin 2 to reservoir 6, an amount of water equal to that ex-pulsed at high speed, by the compressor 8, towards the blades 10 of the 25 turbine 11.
The action of this water jet is twofold. On the one hand, it generates ro-tation of the horizontal arms 5 around the axis 4 (arrow F) and, therefore, that of the grooved wheel 14, so that, under the action of the belt transmission 17 passing through the second grooved wheel 18, the generator 20

6 entre en action et produit du courant électrique. D'autre part, le jet d'eau, expulsé du compresseur 9, heurte les pales 10 de la turbine 11 qui, via son axe solidaire du rotor du générateur 12, entraîne ledit générateur pour produire du courant électrique.
La quantité totale de courant produit sera, en conséquence, égale à la somme du courant produit par le générateur 12 et de celui produit par le générateur 20.
On notera que, dans le cas où le fluide choisi est gazeux, notam-ment de l'air, la machine fonctionne suivant le méme principe. Toutefois, io le bassin 2, le réservoir 6 et la pompe 7 deviennent alors, bien entendu, inutiles, tandis que le compresseur 9 et la turbine 1 1 doivent étre adaptés aux contraintes spécifiques au fluide choisi. 6 goes into action and produces electric current. On the other hand, the water jet, expelled from the compressor 9, strikes the blades 10 of the turbine 11 which, via its axis integral with the generator rotor 12, drives said generator to generate electric current.
The total amount of current produced will therefore be equal to the sum of the current produced by generator 12 and that produced by the generator 20.
It will be noted that, in the case where the fluid chosen is gaseous, in particular-air, the machine works on the same principle. However, io the basin 2, the tank 6 and the pump 7 then become, of course, unnecessary, while the compressor 9 and the turbine 1 1 must be adapted to the constraints specific to the chosen fluid.

Claims

1. Electric machine, characterized in that it comprises:
- at least one arm (5) capable of rotating about an axis (4), - said arm (5) supporting an assembly comprising a compressor for fluid (9) or the like and, downstream, a turbine (11) connected to the rotor a first electric current generator (12), and said arm (5) being integral with a first grooved wheel (14), it even connected to a second grooved wheel (18) via a transmission belt (17), - the axis (19) of said second grooved wheel (18) being integral with the rotor a second electric current generator (20), so that, on the one hand, the jet of fluid expelled towards the blades of said turbine (11) drives the rotation of said arm (5) and, therefore, that of said first grooved wheel (14) and thus via said transmission belt (17), that of said second grooved wheel (18), driving said second generator (20) for producing electric current, and, on the other hand, the jet of fluid, itself, striking the blades of said turbine (11), causes, via the latter, said first generator (12) for producing current electric.

2. Machine according to claim 1, wherein said fluid is a liquid, in particular water, characterized in that said assembly, compressor (9) - turbine (11), carried on each of said arms (5) further comprises a liquid reservoir (6), powered by a pump (7) connected, by an intake pipe (8), to a basin (2) filled with said liquid.

3. Machine according to claim 2, characterized in that said basin (2) has a circular shape and in that said arm (5) - first grooved wheel (14) assembly is supported by wheels (15) intended to turn following the circular track (16) formed by the upper surface of the outer wall (2A) of said basin circular (21).

4. Machine according to claim 2 or claim 3, characterized in that, for the supply of electrical energy to the pump (7) and compressor (9), two conductive metal rings (21 A, 22A) are supported at the upper end of the axis of rotation (4) of said arm (s) (5), opposite two other metal rings ques respective conductors (21B, 22B), carried by a horizontal plane (23) non-conductive, itself supported by an independent structure (24) dante of the machine, said metal rings (21A, 22A; 21B, 22B) being connected in particular by means of conductive brushes or brooms tors.

5. Machine according to claim 4, characterized in that, to convey the electric current supplied by the-said first generator (12), two other metal rings ductors (27A, 28A1, supported by said horizontal plane (23), face two respective conductive metal rings (27B, 28B), said an-metal rings (27A, 28A; 27B, 28B) being connected in particular by the with conductive brushes or brooms.

6. Machine according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a certain number of arms, in particular ment from 1 to 4, each carrying said compressor (9) - turbine assembly (11), supplemented, in the case of a liquid fluid, by said reservoir (6) and said pump (7).