EP4169591A1 - Dispositif de génération de courant pour une piscine - Google Patents

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EP4169591A1
EP4169591A1 EP22202465.5A EP22202465A EP4169591A1 EP 4169591 A1 EP4169591 A1 EP 4169591A1 EP 22202465 A EP22202465 A EP 22202465A EP 4169591 A1 EP4169591 A1 EP 4169591A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fins
liquid
flow
guide
outlet opening
Prior art date
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Pending
Application number
EP22202465.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Meidi Nadir REGHISS
Louis-Daniel LONGEFAY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INDUSTRIELLE RADIO ELECTRIQUE ET MECANIQUE "SIREM" Ste
Original Assignee
INDUSTRIELLE RADIO ELECTRIQUE ET MECANIQUE "SIREM" Ste
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INDUSTRIELLE RADIO ELECTRIQUE ET MECANIQUE "SIREM" Ste filed Critical INDUSTRIELLE RADIO ELECTRIQUE ET MECANIQUE "SIREM" Ste
Publication of EP4169591A1 publication Critical patent/EP4169591A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B69/00—Training appliances or apparatus for special sports
    • A63B69/12—Arrangements in swimming pools for teaching swimming or for training
    • A63B69/125—Devices for generating a current of water in swimming pools
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use
    • F04D13/086—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use the pump and drive motor are both submerged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/426—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/4293—Details of fluid inlet or outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/445—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/448—Fluid-guiding means, e.g. diffusers especially adapted for liquid pumps bladed diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D3/00—Axial-flow pumps
    • F04D3/005—Axial-flow pumps with a conventional single stage rotor

Definitions

  • the present invention relates to a current generating device for a swimming pool.
  • Such devices comprise a cylindrical body along which the liquid flows, and a flow guide provided with at least one liquid inlet opening and at least one liquid outlet opening, the body being provided a turbine and a propeller.
  • Turbulent flow is characterized by the irregular movement of fluid particles. Furthermore, such devices are not efficient and therefore waste energy.
  • the object of the present invention is in particular to remedy the drawbacks below by proposing a current-generating device for a swimming pool providing a more pleasant feeling of swimming against the current, and being more energy efficient.
  • the subject of the invention is a current-generating device for a swimming pool comprising a cylindrical body along which liquid can flow, and a hollow flow guide comprising a circumferential wall defining a liquid circulation channel, the flow guide being provided with at least one liquid inlet opening and at least one liquid outlet opening, the body being provided with a turbine arranged between the at least one liquid inlet opening and the at least one liquid outlet opening, wherein the outlet opening is provided with a grid provided with a plurality of fins for directing the flow of liquid, the fins having a drop-shaped section with an upstream facing leading edge and a downstream facing trailing edge of the device, wherein each fin has a Cx ratio of maximum thickness over a length or chord of between 0.24 and 0.30 , more particularly substantially equal to 0.27.
  • the liquid expelled by the device follows a flow which tends to be laminar or sufficiently laminar to be pleasant for a swimmer, and the jolts are limited, thus the swimmer is not bothered by waves arriving in the face.
  • Laminar flow is characterized by regular trajectories of fluid particles, unlike turbulent flow.
  • the liquid flow speed is also improved, and the power consumed is better exploited.
  • FIG. 1 there is shown a device 10 for generating current for a swimming pool according to a first embodiment.
  • the device 10 comprises a cylindrical body 12 along which liquid can flow, and a hollow flow guide 14 comprising a circumferential wall 16 delimiting a channel 17 for the circulation of liquid.
  • the flow guide 14 is provided with at least one liquid inlet opening 18 and at least one liquid outlet opening 20 .
  • the device 10 is preferably symmetrical with respect to a longitudinal plane P.
  • the liquid notably mainly comprises water and additives such as chlorine or salt.
  • the body 12 is for example made of metal or plastic.
  • the body 12 is arranged upstream of the flux guide 14.
  • the body 12 is provided with a turbine 22, visible on the Figure 2 .
  • the turbine 22 is configured to allow the circulation of liquid from upstream to downstream.
  • the device 10 has a propeller 24 placed downstream of the turbine 22.
  • the propeller 24 makes it possible to transmit the power supplied by the turbine 22 to the liquid and thus to generate a current.
  • the propeller 24 is for example a propeller with three blades.
  • the propeller has a different number of blades.
  • the flux guide 14 advantageously has a bent shape and passes from a cylindrical section in the vicinity of the helix 24 to a rectangular section with rounded edges in the vicinity of the at least one outlet opening 20 .
  • Such a shape makes it possible to limit the size of the device 10 by arranging it vertically in a swimming pool, and the outlet opening 20 emerging horizontally so as to be perpendicular to the surface of the liquid contained in the swimming pool.
  • the liquid inlet opening 18 of the flow guide 14 has a cylindrical section contour, and having a diameter greater than a diameter of the body 12
  • the body 12 and the flux guide 14 are for example assembled by means of a grid or plate 25 screwed to the body 12 at one end and to the flux guide 14 at the other end.
  • the flow guide 14 comprises a single outlet opening 20 .
  • the outlet opening 20 is provided with a grid 26 provided with a plurality of fins 28 to direct the flow of liquid.
  • the grid 26 preferably extends over the entire section of the outlet opening 20 .
  • the fins 28 extend transversely to the flow guide 14 between two end faces 29.
  • Each end face 29 is in contact with the circumferential wall 16 of the flux guide 14.
  • the fins 28 have a drop-shaped section with a leading edge 30 facing upstream and a trailing edge 32 facing downstream.
  • Such a shape has the advantage of smoothing the flow of liquid from upstream to downstream and thus of distributing the liquid according to a flow which tends to be laminar, as is detailed in Example 1 below.
  • this makes it possible to increase the speed of flow at 1 meter from the outlet opening 20 of the device 10 so that it is between 2 m/s and 3 m/s (meters per second).
  • the flow velocity at 1 meter from the outlet opening 20 of the device 10 is increased by approximately 20%.
  • the liquid flow rate is between 180 m 3 /h and 350 m 3 /h in the presence of the grid 26.
  • Controlling water speed is important to improve swimmer comfort.
  • Each fin 28 must have a ratio Cx of a maximum thickness e over a length or chord l of between 0.24 and 0.30, more particularly substantially equal to 0.27.
  • This ratio Cx is also called drag coefficient.
  • the fins 28 having such characteristics are particularly hydrodynamic and the flow leaving the flow guide 14 tends to be laminar.
  • the fins 28 comprise a plurality of aligned central fins 34 and a plurality of end fins 36 arranged on either side of the central fins 34.
  • the central fins 34 have identical dimensions.
  • the fins 28 comprise fifteen central fins 28 and eight end fins 36 distributed in fours on either side of the central fins 34.
  • the fins 28 are regularly spaced from each other.
  • the spacing of the fins 28 determines the liquid passage section between the fins 28
  • the spacing between two consecutive fins 28 is chosen so as to be sufficient to limit the influence of these fins 28 on each other. Such spacing is further assessed to maintain sufficient flow and fluid acceleration.
  • the end fins 36 form an angle ⁇ of between 6.0° and 10.0° with the central fins 34, and are oriented towards the longitudinal plane of symmetry P of the device 10.
  • the end fins 36 form an angle ⁇ substantially equal to 8.0° with the central fins 34.
  • ⁇ substantially equal to 8.0° with the central fins 34.
  • Such an angle could be adapted in the event of a wider outlet opening 20 and/or a speed of the propeller 24 increased.
  • the end fins 36 are shorter than the central fins 34 while verifying the drag coefficient characteristics Cx of between 0.24 and 0.30, more particularly substantially equal to 0.27.
  • each central fin 34 advantageously has a length or chord l at least 1.5 times greater than a length or chord l of each fin 36 at the end.
  • end fins 36 are shorter also contributes to better centering the flow of the liquid which flows at the ends of the outlet opening 20, so that the flow of liquid through the central fins 34 and the end fins 36 are as parallel as possible.
  • the device 10 further comprises at least one liquid flow straightening blade 40, 42.
  • the flow guide 14 includes a first straightening blade 40.
  • the first blade 40 is preferably arranged downstream of the helix 24, and upstream of the bend formed by the flow guide 14.
  • first blade 40 extends from helix 24 downstream of helix 24 to screen 26.
  • the positioning of the first blade 40 with respect to the propeller 24 is preferably closest to the propeller 24 while maintaining a slight clearance so as to avoid friction of the propeller 24 which could occur during the aging of the propeller 24.
  • the first blade 40 preferably extends in the longitudinal plane of symmetry P.
  • the first blade 40 is solid and is in contact on two sides with the circumferential wall 16 of the flux guide 14.
  • the first blade 40 makes it possible to improve the symmetry of the flow of liquid as well as the speed of flow of liquid, which is more stable and makes it possible to avoid jolts.
  • the first blade 40 is a single blade. It is thus understood that the first straightening blade 40 does not have a plurality of blades, and in particular these are not arranged in a cross.
  • the flow guide 14 is advantageously produced by thermoforming, by assembling two symmetrical half-shells.
  • the device 10 optionally comprises a second straightening blade 42 .
  • the second blade 42 is arranged on either side of the body 20 and along the latter upstream of the helix 24 and the flow guide 14.
  • the second blade 42 extends in the longitudinal plane of symmetry P, from the liquid inlet opening 18 to the helix 24.
  • the second blade 42 is preferably closest to the propeller 24 while maintaining a slight play so as to avoid friction of the propeller 24 which could occur during aging. of the propeller 24.
  • the second blade 42 makes it possible to improve the speed of liquid at the outlet of the flow guide 14.
  • the speed of the flow is also stabilized, and the symmetry of the flow is improved.
  • the second blade 42 is particularly effective when the body 12 and the flux guide 14 are covered with a casing (not shown in the Figure 1 ).
  • the presence of a casing causes turbulence when the liquid flows along the body 12, and can generate pressure drops, cavitation and bubbles.
  • the second blade 42 makes it possible to remedy these drawbacks by smoothing the flow of liquid inside the casing and along it.
  • a grid pierced with orifices is formed in the wall of the latter in order to allow the entry of liquid inside the latter and which will then flow along the body 12.
  • the device 10 described in the first embodiment is adapted to be integrated into a swimming pool under construction. It is then necessary to provide a housing intended to receive the device 10.
  • the body 12 is fixed to a horizontal platform 50 connected to a vertical frame 52 making it possible to adjust the height of the device 10 according to the preferences of the user.
  • the vertical frame 52 is advantageously provided with a chute making it possible to protect the electric cables necessary for the operation of the turbine 22.
  • the body 12 is for example fixed to the horizontal platform 50 by means of nuts.
  • the body 12 and the flux guide 14 are for example fixed to the vertical frame 52 by means of nuts 56.
  • the turbine 22 is put into operation.
  • the liquid which is in the vicinity of the device is then sucked along the body 12, then enters the flow guide 14 from the inlet opening 18 towards the outlet opening 20, and the flow is deflected between the fins 28 of grid 26.
  • the flow of liquid at the outlet of the flow guide 14 is sufficiently laminar, symmetrical and provides pleasant swimming sensations.
  • THE Figure 4 And 5 represent a current generation device 10' for a swimming pool according to a second embodiment.
  • the device 10' described in the second embodiment is adapted to be integrated into an existing swimming pool.
  • the body 12 and the flow guide 14 are covered by a casing 60 making it possible in particular to dress the device 10 as well as to protect it, as it is not installed in a housing provided for this purpose in the swimming pool.
  • the second straightening blade 42 is present.
  • the liquid speed at 1 meter at the outlet of the flow guide 14 is improved.
  • the flow velocity is stabilized.
  • the casing 60 is provided with grids 62 pierced with orifices allowing the liquid to be sucked inside the casing 60 and to flow from upstream to downstream along the body 12.
  • the orifices of the grids 62 are arranged only on either side of the longitudinal plane of symmetry P.
  • the body 12 is fixed to a horizontal platform 50 connected to a vertical frame 52 making it possible to adjust the height of the device 10 according to the preferences of the user.
  • the vertical frame 52 is advantageously provided with a chute making it possible to protect the electric cables necessary for the operation of the turbine 22.
  • the vertical frame 52 is also provided with an L-shaped support 58 allowing the device 10' to be fixed to a swimming pool coping.
  • the body 12 is for example fixed to the horizontal platform 50 by means of nuts.
  • the body 12 and the flux guide 14 are for example fixed to the vertical frame 52 by means of nuts 56.
  • Example 1 tests with and without grid
  • the inventors have carried out tests making it possible to determine the Reynolds number of the flow according to several configurations.
  • the kinematic viscosity and the speed are kept constant for each test.
  • the geometry considered initially is the flux guide without grid.
  • the geometry considered is the flux guide with a grid provided with a plurality of fins extending transversely to the flux guide between two end faces.
  • the fins have a drop-shaped section with a leading edge facing upstream and a trailing edge facing downstream of the device, in which each fin has a ratio Cx of a maximum thickness over a length or chord equal to 0.27.
  • the flow studied corresponds to that around the fins taken individually since the latter are sufficiently spaced not to influence one on the other.
  • the characteristic length is therefore the chord l of the fin (for bodies with less drag).
  • the thickness of the fins is determined using the drag coefficient, here equal to 0.27 as detailed in Example 2.
  • the fins include fifteen central fins and eight end fins distributed by four on either side and other central fins.
  • the end fins form an angle of approximately 8.0° with the central fins, and are oriented towards the longitudinal plane of symmetry of the device.
  • the Reynolds number is almost 5 times lower for the 20 mm fins and almost 3 times for the 32 mm fins.
  • the mounting of the fins therefore promotes a less turbulent flow.
  • Example 2 fin shape
  • the first fins (a) tested have a rectangular section, the large side of which is placed perpendicular to the direction of flow.
  • the second fins (b) tested have a section in the shape of a full half-oval, the rounded portion of the oval being oriented upstream and the flat portion being oriented downstream.
  • the third fins (c) tested have a drop-shaped section, having a leading edge facing upstream and a trailing edge facing downstream.
  • each fin when the drag coefficient of each fin is between 0.24 and 0.30, more particularly substantially equal to 0.27, the fins are particularly hydrodynamic and the flow at the outlet of the flow guide tends to be laminar.
  • the thickness of the fin is determined by the product of the length of the fin and the desired drag coefficient.

Landscapes

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Abstract

Le dispositif (10) de génération de courant pour une piscine comprend un corps (12) cylindrique et un guide flux (14) creux, le guide flux (14) étant pourvu d'au moins une ouverture (18) d'entrée de liquide et d'au moins une ouverture (20) de sortie de liquide, dans lequel l'ouverture (20) de sortie est pourvue d'une grille (26) munie d'une pluralité d'ailettes (28) pour orienter l'écoulement de liquide, les ailettes (28) ayant une section en forme de goutte avec un bord d'attaque (30) orienté vers l'amont et un bord de fuite (32) orienté vers l'aval du dispositif (10, 10'), dans lequel chaque ailette (28) présente un rapport Cx d'une épaisseur maximale (e) sur une longueur ou corde (ℓ) compris entre 0,24 et 0,30, plus particulièrement sensiblement égal à 0,27.

Description

  • La présente invention concerne un dispositif de génération de courant pour une piscine.
  • Des dispositifs de génération de courant pour une piscine sont connus. De tels dispositifs comprennent un corps cylindrique le long duquel s'écoule le liquide, et d'un guide flux pourvu d'au moins une ouverture d'entrée de liquide et d'au moins une ouverture de sortie de liquide, le corps étant pourvu d'une turbine et d'une hélice.
  • Cependant, ces dispositifs peuvent présenter des désagréments pour les nageurs à cause d'un écoulement turbulent et leur envoyer des vagues dans le visage, ainsi que les dévier de leur axe de nage au fur et à mesure de leur pratique.
  • Un écoulement turbulent est caractérisé par le mouvement irrégulier des particules du fluide. En outre, de tels dispositifs ne sont pas efficients et donc gaspillent de l'énergie.
  • La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients ci-dessous en proposant un dispositif de génération de courant pour une piscine procurant une sensation de nage à contre-courant plus agréable, et étant plus efficient énergétiquement.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de génération de courant pour une piscine comprenant un corps cylindrique le long duquel peut s'écouler du liquide, et un guide flux creux comprenant une paroi circonférentielle délimitant un canal de circulation de liquide, le guide flux étant pourvu d'au moins une ouverture d'entrée de liquide et d'au moins une ouverture de sortie de liquide, le corps étant pourvu d'une turbine disposée entre l'au moins une ouverture d'entrée de liquide et l'au moins une ouverture de sortie de liquide, dans lequel l'ouverture de sortie est pourvue d'une grille munie d'une pluralité d'ailettes pour orienter l'écoulement de liquide, les ailettes ayant une section en forme de goutte avec un bord d'attaque orienté vers l'amont et un bord de fuite orienté vers l'aval du dispositif, dans lequel chaque ailette présente un rapport Cx d'une épaisseur maximale sur une longueur ou corde compris entre 0,24 et 0,30, plus particulièrement sensiblement égal à 0,27.
  • Grâce à l'invention, le liquide expulsé par le dispositif suit un écoulement qui tend à être laminaire ou suffisamment laminaire pour être agréable pour un nageur, et les à-coups sont limités, ainsi le nageur n'est pas gêné par des vagues arrivant dans le visage. Un écoulement laminaire est caractérisé par des trajectoires régulières des particules du fluide, contrairement à l'écoulement turbulent.
  • La vitesse d'écoulement de liquide est également améliorée, et la puissance consommée est mieux exploitée.
  • Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un dispositif de génération de courant pour une piscine peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises selon toute combinaison techniquement possible dans lesquelles :
    • le dispositif est symétrique par rapport à un plan longitudinal ;
    • le guide flux, présente avantageusement une forme coudée et passe d'une section cylindrique au voisinage d'une hélice de la turbine à une section de forme rectangulaire à bords arrondis au voisinage de l'au moins une ouverture de sortie et dans lequel le guide flux comprend une première lame de redressement de l'écoulement de liquide s'étendant dans le plan de symétrie longitudinal ;
    • les ailettes comprennent une pluralité d'ailettes centrales alignées et une pluralité d'ailettes d'extrémité disposées de part et d'autre des ailettes centrales, les ailettes d'extrémité formant un angle compris entre 6° et 10° avec les ailettes centrales, et étant orientées vers le plan longitudinal de symétrie du dispositif ;
    • chaque ailette centrale présente une longueur ou corde au moins 1,5 fois supérieure à une longueur ou corde de chaque ailette d'extrémité ;
    • le dispositif comprend un carter recouvrant le corps et le guide flux, dans lequel une deuxième lame de redressement d'écoulement de liquide est disposée de part et d'autre du corps et le long de celui-ci en amont d'une hélice de la turbine et en amont du guide flux ;
    • le carter est pourvu d'une grille percée d'orifices permettant au liquide d'être aspiré à l'intérieur du carter et de s'écouler d'amont en aval le long du corps, les orifices des grilles étant disposés uniquement de part et d'autre du plan longitudinal de symétrie ;
    • le dispositif est adapté pour être intégré à une piscine en cours de construction ; de préférence le dispositif comprend une plateforme horizontale reliée à un châssis vertical permettant de régler la hauteur du dispositif, le corps étant fixé à la plateforme horizontale ;
    • le dispositif est adapté pour être intégré à une piscine existante ; de préférence le dispositif comprend un carter recouvrant le corps et le guide flux ;
  • L'invention et d'autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un dispositif de génération de courant pour une piscine, faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • [Fig.1] la Figure 1 est une vue de face d'un dispositif de génération de courant pour une piscine selon un premier mode de réalisation, le dispositif comprenant un guide flux muni d'une grille ;
    • [Fig.2] la Figure 2 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de génération de courant de la Figure 1 ;
    • [Fig.3] la Figure 3 est une vue en coupe transversale de la grille du dispositif de la Figure 1 en perspective de dessus ;
    • [Fig.4] la Figure 4 est une vue de face d'un dispositif de génération de courant pour une piscine selon un deuxième mode de réalisation ;
    • [Fig.5] la Figure 5 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de génération de courant de la Figure 2 ;
    • [Fig.6] la Figure 6 est une vue de face d'un guide flux sans grille ; et
    • [Fig.7] la Figure 7 représente plusieurs formes d'ailettes testées pour réaliser la grille de la Figure 3.
  • Sur la Figure 1 est représenté un dispositif 10 de génération de courant pour une piscine selon un premier mode de réalisation.
  • Le dispositif 10 comprend un corps 12 cylindrique le long duquel peut s'écouler du liquide, et un guide flux 14 creux comprenant une paroi circonférentielle 16 délimitant un canal 17 de circulation de liquide.
  • Le guide flux 14 est pourvu d'au moins une ouverture 18 d'entrée de liquide et d'au moins une ouverture 20 de sortie de liquide.
  • Le dispositif 10 est de préférence symétrique par rapport à un plan longitudinal P.
  • Le liquide comprend notamment majoritairement de l'eau et des additifs tels que du chlore ou du sel.
  • Le corps 12 est par exemple réalisé en métal ou plastique.
  • Par la suite, on détermine que le liquide circule d'amont en aval depuis l'au moins une ouverture 18 d'entrée de liquide vers l'au moins une ouverture 20 de sortie de liquide.
  • Le corps 12 est disposé en amont du guide flux 14.
  • Le corps 12 est pourvu d'une turbine 22, visible sur la Figure 2.
  • La turbine 22 est configurée pour permettre la circulation de liquide d'amont en aval.
  • Le dispositif 10 présente une hélice 24 placée en aval de la turbine 22. L'hélice 24 permet de transmettre la puissance fournie par la turbine 22 au liquide et ainsi de générer un courant.
  • L'hélice 24 est par exemple une hélice à trois pales.
  • En variante, l'hélice présente un nombre de pales différent.
  • Le guide flux 14 présente avantageusement une forme coudée et passe d'une section cylindrique au voisinage de l'hélice 24 à une section de forme rectangulaire à bords arrondis au voisinage de l'au moins une ouverture 20 de sortie.
  • Une telle forme permet de limiter l'encombrement du dispositif 10 en le disposant à la verticale dans une piscine, et l'ouverture 20 de sortie débouchant à l'horizontale de manière à être perpendiculaire à la surface de liquide contenu dans la piscine.
  • Avantageusement, l'ouverture 18 d'entrée de liquide du guide flux 14 présente un contour de section cylindrique, et présentant un diamètre supérieur à un diamètre du corps 12
  • Le corps 12 et le guide flux 14 sont par exemple assemblés au moyen d'une grille ou tôle 25 vissée au corps 12 à une extrémité et au guide flux 14 à l'autre extrémité.
  • Avantageusement, le guide flux 14 comprend une unique ouverture 20 de sortie.
  • L'ouverture 20 de sortie est pourvue d'une grille 26 munie d'une pluralité d'ailettes 28 pour orienter l'écoulement de liquide.
  • La grille 26 s'étend de préférence sur toute la section de l'ouverture 20 de sortie.
  • Les ailettes 28 s'étendent transversalement au guide flux 14 entre deux faces d'extrémité 29.
  • Chaque face d'extrémité 29 est en contact avec la paroi circonférentielle 16 du guide flux 14.
  • Comme cela est représenté sur la Figure 3, les ailettes 28 ont une section en forme de goutte avec un bord d'attaque 30 orienté vers l'amont et un bord de fuite 32 orienté vers l'aval.
  • Une telle forme présente l'avantage de lisser le flux de liquide de l'amont vers l'aval et ainsi de distribuer le liquide selon un écoulement qui tend à être laminaire, comme cela est détaillé dans l'Exemple 1 ci-dessous.
  • En outre, cela permet d'augmenter la vitesse d'écoulement à 1 mètre de l'ouverture 20 de sortie du dispositif 10 pour qu'elle soit comprise entre 2 m/s et 3 m/s (mètres par seconde).
  • Par rapport à un dispositif sans grille, la vitesse d'écoulement à 1 mètre de l'ouverture 20 de sortie du dispositif 10 est augmentée d'environ 20 %. Le débit de liquide est compris entre 180 m3/h et 350 m3/h en présence de la grille 26.
  • La maîtrise de la vitesse de l'eau est importante pour améliorer le confort du nageur.
  • Le nombre de Reynolds caractérise l'état d'agitation au sein d'un liquide. Plus le nombre de Reynolds est faible plus l'écoulement tend à être laminaire. Son expression est la suivante : Re = V . Lc ν
    Figure imgb0001
  • Où Re est le nombre de Reynolds,
    • V est la vitesse caractéristique du fluide,
    • Lc est la longueur caractéristique, déterminée par la géométrie du dispositif de sortie du flux,
    • v est la viscosité cinématique du fluide. Ici, le fluide utilisé est de l'eau à 20°C, v=1x10-6 m2.s-1.
  • Il est nécessaire que chaque ailette 28 présente un rapport Cx d'une épaisseur maximale e sur une longueur ou corde ℓ compris entre 0,24 et 0,30, plus particulièrement sensiblement égal à 0,27.
  • Ce rapport Cx est également appelé coefficient de traînée.
  • Les ailettes 28 ayant de telles caractéristiques sont particulièrement hydrodynamiques et l'écoulement en sortie du guide flux 14 tend à être laminaire.
  • Les ailettes 28 comprennent une pluralité d'ailettes centrales 34 alignées et une pluralité d'ailettes 36 d'extrémité disposées de part et d'autre des ailettes centrales 34.
  • De préférence, les ailettes centrales 34 présentent des dimensions identiques.
  • Selon l'exemple représenté sur la Figure 3, les ailettes 28 comprennent quinze ailettes centrales 28 et huit ailettes 36 d'extrémité réparties par quatre de part et d'autre des ailettes centrales 34.
  • De préférence, les ailettes 28 sont espacées régulièrement les unes des autres.
  • L'espacement des ailettes 28 détermine la section de passage de liquide entre les ailettes 28
  • L'espacement entre deux ailettes 28 consécutives est choisi de sorte à être suffisant pour limiter l'influence de ces ailettes 28 l'une sur l'autre. Un tel espacement est en outre évalué de sorte à conserver un débit suffisant et une accélération du fluide.
  • Les ailettes 36 d'extrémité forment un angle α compris entre 6,0° et 10,0° avec les ailettes centrales 34, et sont orientées vers le plan de symétrie longitudinal P du dispositif 10.
  • Une telle inclinaison permet de mieux centrer l'écoulement du liquide qui s'écoule aux extrémités de l'ouverture 20 de sortie.
  • De préférence, les ailettes 36 d'extrémité forment un angle α sensiblement égal à 8,0° avec les ailettes centrales 34. Un tel angle pourrait être adapté en cas d'une ouverture 20 de sortie plus large et/ou d'une vitesse de l'hélice 24 augmentée.
  • Avantageusement, les ailettes 36 d'extrémité sont plus courtes que les ailettes centrales 34 tout en vérifiant les caractéristiques de coefficient de traînée Cx compris entre 0,24 et 0,30, plus particulièrement sensiblement égal à 0,27.
  • Ainsi, chaque ailette centrale 34 présente avantageusement une longueur ou corde ℓ au moins 1,5 fois supérieure à une longueur ou corde ℓ de chaque ailette 36 d'extrémité.
  • Le fait que les ailettes 36 d'extrémité soient plus courtes contribue également à mieux centrer l'écoulement du liquide qui s'écoule aux extrémités de l'ouverture 20 de sortie, de sorte que l'écoulement de liquide à travers les ailettes centrales 34 et les ailettes 36 d'extrémité soit le plus parallèle possible.
  • Le dispositif 10 comprend en outre au moins une lame 40, 42 de redressement d'écoulement de liquide.
  • Le guide flux 14 comprend une première lame 40 de redressement.
  • La première lame 40 est de préférence disposée en aval de l'hélice 24, et en amont du coude formé par le guide flux 14.
  • En variante, la première lame 40 s'étend depuis l'hélice 24 en aval de l'hélice 24 jusqu'à la grille 26.
  • Le positionnement de la première lame 40 par rapport à l'hélice 24 est de préférence le plus proche de l'hélice 24 tout en maintenant un léger jeu de sorte à éviter les frottements de l'hélice 24 qui pourraient se produire lors du vieillissement de l'hélice 24.
  • La première lame 40 s'étend de préférence dans le plan de symétrie longitudinal P.
  • La première lame 40 est pleine et est en contact sur deux côtés avec la paroi circonférentielle 16 du guide flux 14.
  • La première lame 40 permet d'améliorer la symétrie de l'écoulement de liquide ainsi que la vitesse d'écoulement de liquide, qui est plus stable et permet d'éviter les à-coups.
  • La première lame 40 est une unique lame. Il est ainsi entendu que la première lame 40 de redressement ne présente pas une pluralité de lames, et en particulier celles-ci ne sont pas disposées en croix.
  • Le guide flux 14 est avantageusement réalisé par thermoformage, en assemblant deux demi-coques symétriques.
  • Le dispositif 10 comprend optionnellement une deuxième lame 42 de redressement.
  • La deuxième lame 42 est disposée de part et d'autre du corps 20 et le long de celui-ci en amont de l'hélice 24 et du guide flux 14.
  • De préférence, la deuxième lame 42 s'étend dans le plan de symétrie longitudinal P, depuis l'ouverture 18 d'entrée de liquide jusqu'à l'hélice 24.
  • De la même manière que pour la première lame 40, la deuxième lame 42 est de préférence le plus proche de l'hélice 24 tout en maintenant un léger jeu de sorte à éviter les frottements de l'hélice 24 qui pourraient se produire lors du vieillissement de l'hélice 24.
  • La deuxième lame 42 permet d'améliorer la vitesse de liquide en sortie du guide flux 14. La vitesse de l'écoulement est en outre stabilisée, et la symétrie de l'écoulement est améliorée.
  • La deuxième lame 42 est particulièrement efficace lorsque le corps 12 et le guide flux 14 sont recouverts d'un carter (non représenté sur la Figure 1).
  • La présence d'un carter entraîne des turbulences lorsque le liquide s'écoule le long du corps 12, et peut générer des pertes de charge, de la cavitation et des bulles.
  • La deuxième lame 42 permet de remédier à ces inconvénients en lissant l'écoulement de liquide à l'intérieur du carter et le long de celle-ci.
  • Lorsqu'un carter est présent, une grille percée d'orifices est formée dans la paroi de celui-ci afin de permettre l'entrée de liquide à l'intérieur de celui-ci et qui s'écoulera ensuite le long du corps 12.
  • Le dispositif 10 décrit dans le premier mode de réalisation est adapté pour être intégré à une piscine en cours de construction. Il est alors nécessaire de prévoir un logement destiné à recevoir le dispositif 10.
  • Pour l'installation du dispositif 10, le corps 12 est fixé à une plateforme 50 horizontale relié à un châssis 52 vertical permettant de régler la hauteur du dispositif 10 selon les préférences de l'utilisateur. Le châssis 52 vertical est avantageusement pourvu d'une goulotte permettant de protéger les câbles électriques nécessaires au fonctionnement de la turbine 22.
  • Le corps 12 est par exemple fixé à la plateforme 50 horizontale au moyen d'écrous.
  • Le corps 12 et le guide flux 14 sont par exemple fixés au châssis 52 vertical au moyen d'écrous 56.
  • Pour utiliser le dispositif 10, la turbine 22 est mise en fonctionnement. Le liquide qui se trouve au voisinage du dispositif est alors aspirée le long du corps 12, puis entre dans le guide flux 14 depuis l'ouverture 18 d'entrée vers l'ouverture 20 de sortie, et l'écoulement est dévié entre les ailettes 28 de la grille 26.
  • L'écoulement de liquide en sortie du guide flux 14 est suffisamment laminaire, symétrique et procure d'agréables sensations de nage.
  • En effet, plus l'écoulement est laminaire, moins la traînée est visible, et moins les effets de bord sont importants. Ainsi, plus l'écoulement est laminaire et plus la nage à contre-courant est agréable car le nageur ne reçoit pas de vagues dans son visage et maîtrise sa position.
  • La présence de la grille décrite ci-dessus permet d'augmenter la puissance ressentie sans augmenter la puissance absorbée.
  • Les Figures 4 et 5 représentent un dispositif 10' de génération de courant pour une piscine selon un deuxième mode de réalisation.
  • Le dispositif 10' décrit dans le deuxième mode de réalisation est adapté pour être intégré à une piscine existante.
  • Seules les différences avec le premier mode de réalisation seront détaillées ci-après.
  • Le corps 12 et le guide flux 14 sont recouverts par un carter 60 permettant notamment d'habiller le dispositif 10 ainsi que le protéger, comme il n'est pas installé dans un logement prévu à cet effet dans la piscine.
  • La deuxième lame 42 de redressement est présente.
  • La vitesse de liquide à 1 mètre en sortie du guide flux 14 est améliorée.
  • La vitesse de l'écoulement est stabilisée.
  • La symétrie de l'écoulement est améliorée.
  • Dans ce mode de réalisation, le carter 60 est pourvu de grilles 62 percée d'orifices permettant au liquide d'être aspiré à l'intérieur du carter 60 et de s'écouler d'amont en aval le long du corps 12.
  • Les orifices des grilles 62 sont disposés uniquement de part et d'autre du plan de symétrie longitudinal P.
  • Une telle disposition permet d'améliorer l'efficacité de la deuxième lame de redressement 42.
  • Pour l'installation du dispositif 10', le corps 12 est fixé à une plateforme 50 horizontale reliée à un châssis 52 vertical permettant de régler la hauteur du dispositif 10 selon les préférences de l'utilisateur. Le châssis 52 vertical est avantageusement pourvu d'une goulotte permettant de protéger les câbles électriques nécessaires au fonctionnement de la turbine 22.
  • Le châssis 52 vertical est en outre pourvue d'un support 58 en forme de L permettant de fixer le dispositif 10' sur une margelle de piscine.
  • Le corps 12 est par exemple fixé à la plateforme 50 horizontale au moyen d'écrous.
  • Le corps 12 et le guide flux 14 sont par exemple fixés à le châssis 52 vertical au moyen d'écrous 56.
  • Des exemples d'essais réalisés par les inventeurs pour mettre au point le dispositif vont être détaillés ci-après.
    • Exemple 1 : essais avec et sans grille
  • Les inventeurs ont réalisé des essais permettant de déterminer le nombre de Reynolds de l'écoulement suivant plusieurs configurations.
  • Le nombre de Reynolds est calculé de la façon suivante : Re = V . Lc ν
    Figure imgb0002
  • Où Re est le nombre de Reynolds,
    • V est la vitesse caractéristique du fluide,
    • Lc est la longueur caractéristique, déterminée par la géométrie du dispositif de sortie du flux,
    • v est la viscosité cinématique du fluide. Ici, le fluide utilisé est de l'eau à 20°C, v=1×10-6 m2.s-1.
  • Le liquide considéré est de l'eau à 20°C d'où v=1×106m2.s-1.
  • La viscosité cinématique et la vitesse sont maintenues constantes pour chaque essai.
  • Seule la longueur caractéristique varie dans les essais qui suivent.
    • Configuration sans ailettes :
  • La géométrie considérée dans un premier temps est le guide flux sans grille. Dans cette configuration, le système revient à un écoulement dans une conduite rectangulaire ainsi la longueur caractéristique de cet écoulement est le diamètre hydraulique Dh calculé comme suit : D h = 4 A P
    Figure imgb0003
  • Avec A l'aire de la section de sortie (un rectangle dans le cas du guide flux) et P le périmètre mouillé, soit tout le périmètre dans ce cas. D h = L C = 4 LB 2 L + B = 2 LB L + B
    Figure imgb0004
     Avec L la longueur du rectangle et B la largeur du rectangle (figure 6).
    • Configuration avec ailettes :
  • La géométrie considérée est le guide flux avec une grille munie d'une pluralité d'ailettes s'étendant transversalement au guide flux entre deux faces d'extrémité. Les ailettes ont une section en forme de goutte avec un bord d'attaque orienté vers l'amont et un bord de fuite orienté vers l'aval du dispositif, dans lequel chaque ailette présente un rapport Cx d'une épaisseur maximale sur une longueur ou corde égal à 0,27.
  • L'écoulement étudié correspond à celui autour des ailettes prises individuellement puisque ces dernières sont suffisamment espacées pour ne pas influer l'une sur l'autre. Ici la longueur caractéristique est donc la corde ℓ de l'ailette (pour les corps de moindre trainée).
  • 2 types d'ailettes sont utilisées dans la grille, des ailettes de corde ℓ = 20 mm et des ailettes de corde ℓ = 32 mm. L'épaisseur des ailettes est déterminée à l'aide du coefficient de traînée, ici égal à 0,27 comme cela est détaillé dans l'Exemple 2. Les ailettes comprennent quinze ailettes centrales et huit ailettes d'extrémité réparties par quatre de part et d'autre des ailettes centrales.
  • Les ailettes d'extrémité forment un angle d'environ 8,0° avec les ailettes centrales, et sont orientées vers le plan de symétrie longitudinal du dispositif.
  • Le calcul de nombre de Reynolds pour différentes vitesses a été réalisé et les résultats sont regroupés dans le tableau ci-dessous : [Tableau 1]
    Guide Flux sans Ailettes Guide Flux avec Ailettes Différence Reynolds sans Ailette - Ailette 20 mm Rapport Sans Ailette/ Ailette 20 mm Différence Reynolds sans Ailette - Ailette 32 mm Rapport sans Ailette/Ailette 32 mm
    Longueur caractéristique [mm] Diamètre Hydraulique Corde Ailettes
    94,58130081 32 20
    Vitesse d'écoulement [m/s] Nombre de Reynolds
    0,8 7,57E+04 2,56E+04 1,60E+04 59665,04 4,73 50065,04 2,96
    1 9,46E+04 3,20E+04 2,00E+04 74581,30 62581,30
    1,2 1,13E+05 3,84E+04 2,40E+04 89497,56 75097,56
    1,5 1,42E+05 4,80E+04 3,00E+04 111871,95 93871,95
    1,6 1,51E+05 5,12E+04 3,20E+04 119330,08 100130,08
    1,8 1,70E+05 5,76E+04 3,60E+04 134246,34 112646,34
    2 1,89E+05 6,40E+04 4,00E+04 149162,60 125162,60
    2,2 2,08E+05 7,04E+04 4,40E+04 164078,86 137678,86
    2,4 2,27E+05 7,68E+04 4,80E+04 178995,12 150195,12
    2,6 2,46E+05 8,32E+04 5,20E+04 193911,38 162711,38
    2,8 2,65E+05 8,96E+04 5,60E+04 208827,64 175227,64
    3 2,84E+05 9,60E+04 6,00E+04 223743,90 187743,90
    3,23 3,05E+05 1,03E+05 6,46E+04 240897,60 202137,60
    3,4 3,22E+05 1,09E+05 6,80E+04 253576,42 212776,42
    3,57 3,38E+05 1,14E+05 7,14E+04 266255,24 223415,24
    3,8 3,59E+05 1,22E+05 7,60E+04 283408,94 237808,94
    4 3,78E+05 1,28E+05 8,00E+04 298325,20 250325,20
    4,2 3,97E+05 1,34E+05 8,40E+04 313241,46 262841,46
    4,4 4,16E+05 1,41E+05 8,80E+04 328157,72 275357,72
    4,6 4,35E+05 1,47E+05 9,20E+04 343073,98 287873,98
  • Le nombre de Reynolds est près de 5 fois plus faible pour les ailettes de 20 mm et près de 3 fois pour les ailettes de 32 mm. Le montage des ailettes favorise donc un flux moins turbulent.
    • Exemple 2 : forme des ailettes
  • Les inventeurs ont testé l'écoulement d'eau à travers le dispositif en utilisant des ailettes de plusieurs formes, comme cela est représenté sur la Figure 7.
  • Les premières ailettes (a) testées ont une section rectangulaire, dont le grand côté est placé perpendiculairement au sens de l'écoulement.
  • Les résultats obtenus avec une telle forme sont médiocres, des turbulences sont créées en aval des ailettes et l'écoulement n'est pas orienté correctement.
  • Les deuxièmes ailettes (b) testées ont une section en forme de demi ovale plein, la portion arrondie de l'ovale étant orientée vers l'amont et la portion plate étant orientée vers l'aval.
  • Les résultats obtenus sont meilleurs qu'avec une section rectangulaire, cependant la forme aplatie en aval génère toujours des turbulences.
  • Les troisièmes ailettes (c) testées ont une section en forme de goutte, ayant un bord d'attaque orienté vers l'amont et un bord de fuite orienté vers l'aval.
  • Les résultats obtenus sont bien meilleurs que dans les deux essais précédents. Cependant, les résultats dépendent d'un rapport entre l'épaisseur de la goutte et la longueur ou corde de la goutte, ce rapport étant également appelé coefficient de traînée (ou Cx).
  • Lorsque le coefficient de traînée est inférieur à 0,24, les frottements sont trop importants et des turbulences sont créées dans un premier sens. Lorsque le coefficient de traînée est supérieur à 0,30, les frottements sont également trop importants, et la traînée de pression est trop importante, par conséquent des turbulences sont créées dans un sens opposé au premier sens.
  • En revanche, lorsque le coefficient de traînée de chaque ailette est compris entre 0,24 et 0,30, plus particulièrement sensiblement égal à 0,27, les ailettes sont particulièrement hydrodynamiques et l'écoulement en sortie du guide flux tend à être laminaire.
  • Ainsi, pour une longueur ou corde déterminée, l'épaisseur de l'ailette est déterminée par le produit de la longueur de l'ailette et le coefficient de traînée souhaité.

Claims (9)

  1. Dispositif (10, 10') de génération de courant pour une piscine comprenant un corps (12) cylindrique le long duquel peut s'écouler du liquide, et un guide flux (14) creux comprenant une paroi circonférentielle (16) délimitant un canal (17) de circulation de liquide, le guide flux (14) étant pourvu d'au moins une ouverture (18) d'entrée de liquide et d'au moins une ouverture (20) de sortie de liquide, le corps (12) étant pourvu d'une turbine (22) disposée entre l'au moins une ouverture (18) d'entrée de liquide et l'au moins une ouverture (20) de sortie de liquide, dans lequel l'ouverture (20) de sortie est pourvue d'une grille (26) munie d'une pluralité d'ailettes (28) pour orienter l'écoulement de liquide, caractérisé en ce que les ailettes (28) ont une section en forme de goutte avec un bord d'attaque (30) orienté vers l'amont et un bord de fuite (32) orienté vers l'aval du dispositif (10, 10'), dans lequel chaque ailette (28) présente un rapport Cx d'une épaisseur maximale (e) sur une longueur ou corde (ℓ) compris entre 0,24 et 0,30, plus particulièrement sensiblement égal à 0,27.
  2. Dispositif (10, 10') selon la revendication 1, le dispositif (10, 10') étant symétrique par rapport à un plan longitudinal (P).
  3. Dispositif (10, 10') selon la revendication 2, dans lequel le guide flux (14), présente avantageusement une forme coudée et passe d'une section cylindrique au voisinage d'une hélice (24) de la turbine (22) à une section de forme rectangulaire à bords arrondis au voisinage de l'au moins une ouverture (20) de sortie et dans lequel le guide flux (14) comprend une première lame (40) de redressement de l'écoulement de liquide s'étendant dans le plan de symétrie longitudinal (P).
  4. Dispositif (10, 10') selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les ailettes (28) comprennent une pluralité d'ailettes centrales (34) alignées et une pluralité d'ailettes (36) d'extrémité disposées de part et d'autre des ailettes centrales (34), les ailettes (36) d'extrémité formant un angle compris entre 6° et 10° avec les ailettes centrales (34), et étant orientées vers le plan (P) longitudinal de symétrie du dispositif (10, 10').
  5. Dispositif (10, 10') selon la revendication 4, dans lequel chaque ailette centrale (34) présente une longueur ou corde (ℓ) au moins 1,5 fois supérieure à une longueur ou corde (ℓ) de chaque ailette (36) d'extrémité.
  6. Dispositif (10, 10') selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant un carter (60) recouvrant le corps (12) et le guide flux (14), dans lequel une deuxième lame (42) de redressement d'écoulement de liquide est disposée de part et d'autre du corps (20) et le long de celui-ci en amont d'une hélice (24) de la turbine (22) et en amont du guide flux (14).
  7. Dispositif (10') selon la revendication 6 lorsqu'elle dépend de la revendication 2, dans lequel le carter (60) est pourvu d'une grille (62) percée d'orifices permettant au liquide d'être aspiré à l'intérieur du carter (60) et de s'écouler d'amont en aval le long du corps (12), les orifices des grilles (60) étant disposés uniquement de part et d'autre du plan (P) longitudinal de symétrie.
  8. Dispositif (10, 10') selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le dispositif (10, 10') est adapté pour être intégré à une piscine en cours de construction, le dispositif (10, 10') comprenant une plateforme (50) horizontale reliée à un châssis (52) vertical permettant de régler la hauteur du dispositif (10, 10'), le corps (12) étant fixé à la plateforme (50) horizontale.
  9. Dispositif (10, 10') selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le dispositif (10, 10') est adapté pour être intégré à une piscine existante, le dispositif (10, 10') comprenant un carter (60) recouvrant le corps (12) et le guide flux (14).
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