'r ÉOLIENNES Ä AXE VERTICAL
CHAMP DE L'INVENTION
La présente invention porte sur des améliorations à des éoliennes à axe vertical.
CONTEXTE DE L'INVENTION
II existe deux principaux types d'éoliennes. Les éoliennes à axe horizontal sont bien connues et sont commercialisées depuis longtemps. Le dévelopment des éoliennes à axe vertical est plus récent et offre de nombreuses possibilités d'exploitation au niveau commercial et même résidentiel.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
Selon un premier aspect de la présente invention, on propose des éoliennes à axe vertical composées de pales semi-circulaires réparties en périphérie d'un cylindre et qui tournent chacune d'entre elles sur des axes verticaux. Les pales sont composées de matériaux composites légers et résistants. En termes descriptifs simples, il suffit d'imaginer un baril aux côté
sectionnés qui tournent sur des axes verticaux au pourtour du baril. (MOD~LE
HURON).
Selon un deuxième aspect de l'invention, on propose des éoliennes à axe vertical comportant des ailes biplans décalées ("staggered") positivement ou négativement et installées de façon semi "scimitar" (20 degrés) sur un système sphérique (MOD~LE IROQUOIS).
Les éoliennes peuvent être préférablement couplées à des génératrices TM4 à rendements très élevés qui offrent un couple constant à vitesse variable.
Ces génératrices sont commercialisées par la société TM4, une filiale d'Hydro Québec.
L'invention ainsi que ses nombreux avantages sera mieux comprise par la suivante description non-restrictive de réalisations préférées de l'invention faisant référence aux figures ci-jointes. r VERTICAL AXIS WIND TURBINES
FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to improvements to axis wind turbines vertical.
BACKGROUND OF THE INVENTION
There are two main types of wind turbines. Horizontal axis wind turbines are well known and have been on the market for a long time. The development vertical axis wind turbines are newer and offer many potential commercial and even residential.
SUMMARY OF THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention, there are provided vertical axis wind turbines composed of semicircular blades distributed in periphery of a cylinder and which rotate each of them on axes vertical. The blades are made of lightweight composite materials and resistant. In simple descriptive terms, just imagine a barrel at side sectioned which rotate on vertical axes around the barrel. (MOD ~ THE
HURON).
According to a second aspect of the invention, axis wind turbines are proposed.
vertical with positively staggered biplane wings or negatively and installed semi "scimitar" (20 degrees) on a system spherical (MOD ~ LE IROQUOIS).
Wind turbines can preferably be coupled to generators TM4 with very high yields which provide constant torque at speed variable.
These generators are marketed by TM4, a subsidiary of Hydro Quebec.
The invention and its many advantages will be better understood by the following non-restrictive description of preferred embodiments of the invention making reference to the attached figures.
2 BR~VE DESCRIPTION DES FIGURES
Les Figures 1 à 6 sont des diverses vues du modèle HURON 1 kW.
Les Figures 7 à 14 sont des diverses vues du modèle HURON 5 kW.
Les Figures 15 à 20 sont des diverses vues du modèle HURON 500 kW.
Les Figures 16 à 28 sont des diverses vues du modèle IROQUOIS 1 kW.
Les Figures 29 à 33 sont des diverses vues du modèle IROQUOIS 5 kW.
Les Figures 34 à 40 sont des diverses vues du modèle IROQUOIS 500 kW.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT ET DESCRIPTION DE LA PARTIE
AÉRODYNAMIQUE
La conception des éoliennes selon la présente invention est basée sur le vieux principe physique suivant: l'utilisation de la plus grande surface possible d'exposition aux vents et ayant le plus petit poids possible.
La conception emprunte toutefais des concepts utilisés en navigation à voile et en aviation, ce qui la rend originale et unique ~ L'utilisation du différentiel de pression aérodynamique pour extraire la puissance du vent un peu comme une voile qui fait avancer un voilier.
~ L'utilisation d'une succession de profils aérodynamiques d'ailettes doublées mais légèrement décalées (style « décalées ») et inclinées (avec un angle de 70 degrés par rapport au sol) afin d'extraire par cette portance la.
puissance contenue dans le vent.
Tout comme les ailes d'un avion, l'angle incliné des ailettes de l'éolienne permet un écoulement laminaire supérieur de l'air et un « décrochage » retardé
ce qui produit une traction aérodynamique accrue.
La conception comprend aussi les caractéristiques techniques uniques suivantes ~ Les pales sont dotées de riblets, de légères ondulations à leur surface semblables à celles de balles de golf afin de produire un meilleur écoulement laminaire de l'air 2 BR ~ VE DESCRIPTION OF THE FIGURES
Figures 1 to 6 are various views of the HURON 1 kW model.
Figures 7 to 14 are various views of the HURON 5 kW model.
Figures 15 to 20 are various views of the HURON 500 kW model.
Figures 16 to 28 are various views of the IROQUOIS 1 kW model.
Figures 29 to 33 are various views of the IROQUOIS 5 kW model.
Figures 34 to 40 are various views of the IROQUOIS 500 kW model.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
OPERATING PRINCIPLES AND DESCRIPTION OF THE GAME
AERODYNAMIC
The design of wind turbines according to the present invention is based on the old physical principle: using the largest area possible exposure to winds and having the smallest possible weight.
The design borrows everything from the concepts used in sailing and in aviation, which makes it original and unique ~ The use of the aerodynamic pressure differential to extract the wind power a bit like a sail that propels a sailboat.
~ The use of a succession of aerodynamic profiles of lined fins but slightly offset (“offset” style) and inclined (with an angle 70 degrees from the ground) in order to extract by this lift the.
power contained in the wind.
Like the wings of an airplane, the inclined angle of the blades of the wind turbine allows superior laminar air flow and delayed "stall"
this which produces increased aerodynamic traction.
Design also includes unique technical features following ~ The blades have riblets, slight undulations on their surface similar to those of golf balls in order to produce a better laminar air flow
3 ~ L'angle d'attaque présenfié au vent par les paies est automatiquement choisi et régularisé par la force centripète prôduite par des contrepoids mécaniques dans les pales et une résistance mécanique fixe de l'ensemble qui relie les axes des pales, cela pour les éoliennes de petite taille; et grâce à un caloporteur injecté dans les pales par un système de pompes électriques contrôlé par ordinateur, cela pour les éoliennes de plus grande taille afin de maintenir un couple mécanique élevé à vélocité variable des vents.
~ L.es pales sont aussi réchauffées par induction électrique ou par ie caloporteur afin de maintenir une température optimale de fonctionnement et d'éviter le givrage de l'éolienne ainsi que son dé balancement.
~ Le système est complété dans le cas des éoliennes de plus grande taille par des actuateurs électriques contrôlés par un ordinateur analytique relié à
des instruments permettant une analyse métëorologique complète afin d'optimiser le fonctionnement de l'éolienne.
PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT ET DESCRIPTION DES GÉNÉRATRICES
ii s'agit de génératrices dérivées des technologies contenues dans le moteur roue mis au point originalement par Hydro-C,Zuébec puis par sa filiale TM4.
Ces génératrices possèdent les caractéristiques suivantes ~ Rendements très élevés à vitesses variables, i.e. de 95 à 98 %.
~ Production de couple mécanique constant à vitesse variable.
~ Volume et poids substanfiellement réduits par rapport à la concurrence.
~ Électronique de puissance miniaturisée.
~ Contrôle informatique avancée PRINCIPAUX AVANTAGES
Les éoliennes selon la présente invention offrent la possibilité de produire l'électricité dans ia plage moyenne des vents du Nord-Est du continent de l'Amérique du Nord comparativement à des vélocités des vents beaucoup plus élevées requises pour faire démarrer des éoliennes à hélices à axe horizontal. 3 ~ The angle of attack presented to the wind by the payroll is automatically chosen and regulated by the centripetal force predicted by counterweights mechanical in the blades and a fixed mechanical resistance of the assembly which connects the axes of the blades, this for small wind turbines; and grace to a coolant injected into the blades by a pump system computer controlled electrics, for larger wind turbines size in order to maintain a high mechanical torque at variable velocity of the winds.
~ The blades are also heated by electrical induction or by ie coolant to maintain an optimal operating temperature and avoid icing of the wind turbine as well as its rocking.
~ The system is completed in the case of larger wind turbines by electrical actuators controlled by an analytical computer connected to instruments allowing a complete meteorological analysis in order to optimize the operation of the wind turbine.
OPERATING PRINCIPLES AND DESCRIPTION OF THE GENERATORS
these are generators derived from the technologies contained in the wheel motor originally developed by Hydro-C, Zuébec and then by its subsidiary TM4.
These generators have the following characteristics ~ Very high yields at variable speeds, ie 95 to 98%.
~ Production of constant mechanical torque at variable speed.
~ Substantially reduced volume and weight compared to the competition.
~ Miniaturized power electronics.
~ Advanced computer control MAIN ADVANTAGES
The wind turbines according to the present invention offer the possibility of producing electricity in the average northeast wind range of the continent of North America compared to much faster wind velocities required to start horizontal axis propeller wind turbines.
4 Effectivement, les éoliennes à hélices ne démarrent qu'à des vents de 8 -mls et n'atteignent leur capacité nominale et leur rendement de régime qu'à
haute vélocité des vents, soit de 12 à 15 m/s. Dans le cas des éoliennes selon la présente invention, elles démarrent à 1,5 rnls et elles atteignent leur rendement 4 Indeed, propeller wind turbines only start at 8 -mls and reach their nominal capacity and operating speed only high wind velocity, 12 to 15 m / s. In the case of wind turbines according to the present invention, they start at 1.5 rnls and they reach their yield
5 maximum à environ à 4 - 4,5 m/s. La vélocité moyenne des vents au Québec varie de 5,5 à 6,5 mls.
La conception des éoliennes selon la présente invention est collée à la réalité des vents du Nord-Est du continent. Elle a comme objectif d'extraire le maximum de la puissance aérodynamique contenue dans le vent, et ce, même à
10 faible vitesse. En conséquence, avec une grande surface de pales présentées aux vents et un différentiel de pression exercé sur les pales, une énergie significative peut étre produite même à vitesse réduite des vents. (L'énergie étant !e travail produit par la surface des pales dans un différentiel de pression).
Par conséquent, les éoliennes selon la présente invention offrent une disponibilité et une plage de production significativement accrues et cela constitue leur principal avantage concurrentiel.
Les éoliennes selon la présente invention offrent aussi les avantages suivants:
~ Production d'électricité à vitesse réduite des vents.
~ Plage de production adaptëe aux vents moyens.
~ Légèreté et fonctionnement à températures froides (jusqu'à - 70 degrés Celsius) due à l'utilisation de matériaux composites ou de plastiques industriels combinés à l'injection d'un caloporteur dans les pales.
~ Autonomie de fonctionnement.
~ Production d'un couple quasi constant sur l'arbre.
~ indépendant de la position des vents.
~ Auto régulation des pales à haute vélocité des vents (auto limitation de la vitesse de l'éolienne).
~ Arrét automatique lors de bris d'équipement ("fail safe").
~ Installation facile (quelques jours ouvrables) par du personnel non spécialisé.
~ Portables et faciles d'entretien (dizaines d'heures par année).
~ Faible révolution de l'arbre donc moins de bruit.
~ Forme carrousel agréable à l'oeil et susceptible de support publicitaire.
En cas de bris, fourniture locale de pièces de rechange.
~ Accès facile aux génératrïces au sol ou au sous-soi.
~ Gamme étendue d'éoliennes offertes (de 500 watts à plusieurs centaines de KW) dans plusieurs marchés (Voir la rubrique produits et marchés).
CONSIDÉRATIONS CONCEPTUELLES
- Une conception à axe vertical optimisée:
Le rotor est de type "Sylvenius" optimisé avec une structure légère.
Habituellement, un tel rotor ne peut démarrer de lui-même à cause de son poids trop lourd. La légèreté est ici obtenue grâce à des matériaux composites. Cela permet un auto-démarrage.
Deuxièmement, la surface aérodynamique est elle aussi optimisée par l'angle des pales et une haute efficacité aérodynamique obtenue par des ondulations de surface ou riblets. On fait appel ici à la dynamique des fluides, à la viscosité.
- Une conception suivant les règles de l'art aéronautique:
La conception des éoliennes selon la présente invention s'effectue selon les règles de l'art de l'aéronautique à l'aide de logiciels de conception et de simulation tels qu'utilisés dans l'aviation.
- Un système de limitation de la vitesse de l'éolienne (L'auto limitation de la vitesse a pour but de produire un couple mécanique constant):
- Pour les petites éoliennes (de 500 watts à 5 kW):
11 s'agit d'un système extrêmement simple autogéré et constitué de contrepoids et d'une résistance mécanique à très faible coût et facile d'entretien.
- Pour les plus grosses éoliennes (de 10 à 100 kW):
II s'agit d'un système d'injection d'un caloporteur actionné électroniquement et sous contrôle informatique. L'injection est de type "roulement à billes à
induction" avec un "fait safe point" de 250 livres par pouce carré (ou 1 725 kpa) .
Le systéme selon la présente invention est conçu pour opérer à 35 kpa. Un anémomètre (mesure de la vitesse du vent) actionne le système par l'entremise d'un ordinateur. 5 maximum at around 4 - 4.5 m / s. Average wind speed in Quebec varies from 5.5 to 6.5 mls.
The design of the wind turbines according to the present invention is glued to the reality of the northeast winds of the continent. Its objective is to extract the maximum aerodynamic power contained in the wind, even at 10 low speed. Consequently, with a large area of blades presented to the winds and a pressure differential exerted on the blades, an energy Significant can be produced even at reduced wind speed. (Energy being ! e work produced by the surface of the blades in a pressure differential).
Consequently, the wind turbines according to the present invention offer a significantly increased availability and production range and this is their main competitive advantage.
The wind turbines according to the present invention also offer the advantages following:
~ Electricity production at reduced wind speed.
~ Production range adapted to medium winds.
~ Lightness and operation at cold temperatures (up to - 70 degrees Celsius) due to the use of composite materials or plastics manufacturers combined with the injection of a coolant into the blades.
~ Operating autonomy.
~ Production of an almost constant torque on the shaft.
~ independent of the position of the winds.
~ Auto regulation of the blades with high wind velocity (auto limitation of the wind turbine speed).
~ Automatic shutdown during equipment failure ("fail safe").
~ Easy installation (a few working days) by non-staff specialized.
~ Portable and easy to maintain (tens of hours per year).
~ Low shaft revolution therefore less noise.
~ Carousel shape pleasing to the eye and susceptible of advertising support.
In case of breakage, local supply of spare parts.
~ Easy access to generatrïces on the ground or in the subsoil.
~ Wide range of wind turbines available (from 500 watts to several hundred of KW) in several markets (See the products and markets section).
CONCEPTUAL CONSIDERATIONS
- Optimized vertical axis design:
The rotor is of the "Sylvenius" type optimized with a light structure.
Usually, such a rotor cannot start on its own due to its weight.
too heavy. Lightness is obtained here thanks to composite materials. it allows self-starting.
Second, the aerodynamic surface is also optimized by the angle of the blades and a high aerodynamic efficiency obtained by surface undulations or riblets. We use here the dynamics of fluids, to the viscosity.
- A design following the rules of aeronautical art:
The design of the wind turbines according to the present invention is carried out according to the state of the art of aeronautics using design software and simulation as used in aviation.
- A wind speed limitation system (Self limitation of speed aims to produce a constant mechanical torque):
- For small wind turbines (from 500 watts to 5 kW):
It is an extremely simple self-managed system consisting of counterweight and mechanical strength at very low cost and easy maintenance.
- For larger wind turbines (10 to 100 kW):
It is an electronically actuated coolant injection system and under computer control. The injection is of type "ball bearing with ball induction "with a" safe point "of 250 pounds per square inch (or 1,725 kpa).
The system according to the present invention is designed to operate at 35 kpa. A
anemometer (wind speed measurement) operates the system through from a computer.
6 Le système d'injection de liquide est très simple de conception et de fonctionnement. II s'apparente à ceux utilisés en aéronautique, notamment pour les circuits hydrauliques.
L'injection est opérationnelle 15 % du temps en hiver et 5 % sur une base annuelle. Le fout est régularisé par des éléments de mesure des vents et l'informatique.
De plus, les roulements à billes sont en fibre de carbone et ils ne sont pas affectés par des variations de température. Le fonctionnement est assuré
jusqu'à -70 degrés Celsius.
Ä plus haute vélocité des vents, les pales se referment d'elles-mêmes et s'auto-protègent. Ä partir d'un certain seuil, elles se referment complètement, continuent d'opérer mais à seulement 12 % de rendement.
- Un simple système de réchauffement:
Un système de réchaufFement est intégré de façon à empêcher le givre de se former et de maintenir une température acceptable des pales par températures très froides. Par exemple, à - 70 degrés Celsius, un caloporteur à 35 degrés maintien les pales à 5 degrés.
Le caloporteur est du même type que celui utilisé dans les automobiles. Le système de réchauffement n'est actionné qu'à environ 2 % du temps.
- Une meilleure fiabilité et une meilleure disponibilité:
La plage de vitesses des éoliennes selon la présente invention est de beaucoup inférieure à celles des éoliennes à hélices, ce qui produit substantiellement moins de "stress" dans ies matériaux, par conséquent moins de défaillance.
Les matériaux sont de type "Mill Spec" (Spécifications militaires) de haute qualité avec un critère "fait safe" établi à 500 %. Ceci est rendu possible grâce aux prix des matériaux composites qui n'ont cessé de baisser depuis plusieurs années.
Le couple constant des éoliennes selon la présente invention est un autre avantage au plan de ia fiabilité.
- Un facteur de capacité de beaucoup supérieur (Facteur de capacité: capacité
de production disponible dans le temps par rapport à la capacité nominale tout le temps): 6 The liquid injection system is very simple in design and operation. It is similar to those used in aeronautics, in particular for hydraulic circuits.
The injection is operational 15% of the time in winter and 5% on a daily basis.
Annual. The fout is regulated by wind measurement elements and computing.
In addition, the ball bearings are made of carbon fiber and are not affected by temperature variations. Operation is assured until -70 degrees Celsius.
Ä higher wind velocity, the blades close by themselves and self-protect. From a certain threshold, they close completely, continue to operate but at only 12% yield.
- A simple heating system:
A heating system is integrated to prevent frost from form and maintain an acceptable temperature of the blades by temperatures very cold. For example, at - 70 degrees Celsius, a coolant at 35 degrees maintains the blades at 5 degrees.
The coolant is of the same type as that used in automobiles. The heating system is only activated approximately 2% of the time.
- Better reliability and better availability:
The speed range of wind turbines according to the present invention is much lower than those of propeller wind turbines, which produces substantially less "stress" in materials, therefore less of failure.
The materials are of type "Mill Spec" (Military Specifications) of high quality with a "made safe" criterion established at 500%. This is made possible grace composite material prices which have been falling for several years years.
The constant torque of the wind turbines according to the present invention is another advantage in terms of reliability.
- A much higher capacity factor (Capacity factor: capacity of production available over time compared to nominal capacity all time):
7 Les éoliennes selon la présente invention sont conçues pour produire l'électricité à des vitesses (de 1,2 à 15,5 mls) se rapprochant de la vélocité
moyenne des vents (5,5 à 6,5 mls). Le plein rendement est atteint à 4,0 - 4,5 mls (près de la vitesse moyenne des vents).
Comparativement, les éoliennes à hélices doivent avoir des vents de 8 à 10 mls jusqu'à 25 mls pour fonctionner avec l'atteinte du plein rendement autour de 13,5 m/s (loin de la moyenne des vents).
Les éoliennes selon la présente invention sont donc beaucoup plus productives à la vitesse moyenne des vents.
De plus, les éoliennes selon la présente invention ne sont pas affectées par les bourrasques. L'efficacité est maintenue ainsi que le taux de révolutions "rpm"
et le couple mécanique, mais bien sûr, au niveau proportionnel des vènts existants par rapport aux bourrasques.
Aussi, le fonctionnement des éoliennes selon la présente invention est indépendant de la direction des vents.
Enfin , les éoliennes selon la présente invention ne subissent pas de bris de structures car elles ne subissent pas de développement de fréquences harmoniques non plus de cavitation. Les éoliennes à hélices sont sujettes à
des bris d'hélices (hélices arrachées) et d'engrenages.
Toutes ces considérations confèrent aux éoliennes selon la présente invention une disponibilité de production dans le temps (capacité disponible dans le temps) plus élevée que les éoliennes concurrentes.
Les éoliennes selon la présente invention produiront jusqu'à 70 % du temps tandis que les éoliennes à hélices ne produiront que de 12 à 15 % du temps.
- Un facteur d'utilisation beaucoup plus élevé (Facteur d'utilisation: le ratio de la production effective dans le temps sur une production à capacité nominale tout le temps):
Compte tenu du fait que le rendement des éoliennes selon la présente invention est très élevé à la vélocité moyenne des vents comparativement aux éoliennes à hélices, le rendement global sur une base annuelle est d'environ supérieur. En d'autres termes, la capacité nominale est beaucoup plus productive que les éoliennes à hélices. Par conséquent, le facteur d'utilisation est d'autant plus élevé.
- Aucun potentiel de dommages majeurs:
Contrairement aux éoliennes à hélices où les hélices peuvent se décrocher et les engrenages se voir détruits, les éoliennes selon ia présente invention sont "faü safe" à tous point de vue.
LES PRODUITS ET LES MARCHÉS CIBLES
Marchés de la production d'électricité:
~ Des éoliennes de 25 à 100 kW pour produire de l'ëlectricité dans des réseaux isolés, les industries forestière et minière et la production distribuée.
~ Éventuellement, des éoliennes capables de produire 400 kW d'électricité.
Marchés de la consommation:
~ De très petites éoliennes de 500 watts à 2 kW principalement pour recharger des bancs de batteries de camions et d'embarcations maritimes, i.e. petits bateaux et voiliers.
~ Des éoliennes de 5 à 20 kW pour produire de l'électricité stationnaire dans des maisons, chalets et fermes.
Bien que la présente invention ait été explïquée ci-dessus par des modes de réalisations préférentielles, on doit comprendre que l'invention n'est pas limitée à ces réalisations précises et que divers changements et modifications peuvent étre effectués à celle-ci sans s'écarter de la portée ou de l'esprit de l'invention. 7 The wind turbines according to the present invention are designed to produce electricity at speeds (1.2 to 15.5 mls) approaching velocity mean winds (5.5 to 6.5 mls). Full efficiency is reached at 4.0 - 4.5 mls (near the average wind speed).
Comparatively, propeller wind turbines must have winds of 8 to 10 mls up to 25 mls to work with achieving full performance around of 13.5 m / s (far from average winds).
The wind turbines according to the present invention are therefore much more productive at average wind speed.
In addition, the wind turbines according to the present invention are not affected by the gusts. Efficiency is maintained as well as the rate of revolutions "Rpm"
and the mechanical torque, but of course, at the proportional level of the sales existing compared to the gusts.
Also, the operation of wind turbines according to the present invention is independent of wind direction.
Finally, the wind turbines according to the present invention do not undergo breakage of structures because they do not undergo frequency development no more cavitation harmonics. Propeller wind turbines are subject to of the broken propellers (torn propellers) and gears.
All of these considerations give wind turbines according to this invention availability of production over time (available capacity in time) higher than competing wind turbines.
Wind turbines according to the present invention will produce up to 70% of the time while propeller wind turbines will only produce 12 to 15% of the time.
- A much higher usage factor (Usage factor: the ratio of the production over time on production at nominal capacity all the time):
Taking into account that the performance of wind turbines according to this invention is very high at average wind velocity compared to propeller wind turbines, the overall yield on an annual basis is around superior. In other words, the nominal capacity is much more productively than propeller wind turbines. Therefore, the usage factor is especially higher.
- No potential for major damage:
Unlike propeller wind turbines where the propellers can come loose and the gears are destroyed, the wind turbines according to the present invention are "faü safe" in every way.
PRODUCTS AND TARGET MARKETS
Electricity generation markets:
~ 25 to 100 kW wind turbines to generate electricity in isolated networks, the forestry and mining industries and production distributed.
~ Possibly, wind turbines capable of producing 400 kW of electricity.
Consumer markets:
~ Very small wind turbines from 500 watts to 2 kW mainly for recharge banks of truck and sea craft batteries, ie small boats and sailboats.
~ Wind turbines from 5 to 20 kW to produce stationary electricity in houses, chalets and farms.
Although the present invention has been explained above by modes preferential embodiments, it should be understood that the invention is not limited to these specific achievements and that various changes and modifications may be made to it without departing from the scope or spirit of the invention.