FR2487441A1

FR2487441A1 - Dispositif permettant d'obtenir de l'energie au moyen de flux semblables a ceux formes par un cyclone ou un anti-cyclone naturel

Info

Publication number: FR2487441A1
Application number: FR8113641A
Authority: FR
Inventors: Valentin Zapata Martinez
Original assignee: CENTRAL ENERGETIC CICLONIC
Current assignee: CENTRAL ENERGETIC CICLONIC
Priority date: 1980-07-24
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1982-01-29
Also published as: US4452046A; FR2487441B1; GB2081390B; GB2081390A; ES493713A0; CH655157A5; ES8301330A1; DE3128936A1

Abstract

LA TOUR DE CONVERSION CYCLONIQUE COMPREND UN ENSEMBLE DE CONVECTEURS SITUE AUTOUR D'UN AXE CENTRAL VERS LEQUEL SONT DIRIGEES DES MEMBRANES OU CLOISONS VERTICALES RENFERMEES DANS UN CORPS DE REVOLUTION DE FORME EVASEE. ON MONTE EVENTUELLEMENT A LA PARTIE SUPERIEURE OU A LA PARTIE INFERIEURE DE LA TOUR DES DEFLECTEURS OU DIVISEURS QUI AUGMENTENT LE RENDEMENT DU DISPOSITIF ET ON PLACE EN HAUT OU EN BAS DE LA TOUR DES DISPOSITIFS PERMETTANT LA CONVERSION DE L'ENERGIE CINETIQUE DU FLUX EN ENERGIE ELECTRIQUE OU MECANIQUE. ON PREVOIT DE PLUS UN DISPOSITIF DE CHAUFFAGE DE TYPE CLASSIQUE ET D'UTILISATION EVENTUELLE.

Description

La présente invention concerne un dispositif permet-

tant d'obtenir de l'énergie au moyen de flux semblables à ceux que forme un cyclone ou un anticyclone naturel, le

dispositif permettant de couvrir tout le spectre de puis-

sance demandée par l'humanité, son origine étant telle qu'il peut être installé n'importe o. L'énergie obtenue

avec le dispositif selon l'invention provient de la repro-

duction artificielle à des échelles appropriées des vortex ou tourbillons de configuration cyclonique, à partir de l'énergie cinétique provenant de flux, en profitant des différences de pression existant dans l'atmosphère ainsi que de composantes dues aux gradients thermiques qui y

existent. Le dispositif selon l'invention permet de repro-

duire par analogie des phénomènes connus comme des cyclones, des tornades, des typhons, des trombes, etc..., et permet d'obtenir l'énergie produite par ces phénomènes, ainsi

qu'en particulier de l'eau dessalée.

Le dispositif conforme à l'invention est caractéri-

sé en ce que la tour de conversion cyclonique comprend un

ensemble de convecteurs situés tous autour d'un axe cen-

tral vers lequel sont dirigées des membranes ou cloisons formant vortex, renfermées dans des corps de révolution de

forme évasée, on prévoit éventuellement, à la partie supé-

rieure ou à la partie inférieure, des déflecteurs ou dif-

fuseurs qui augmentent le rendement du dispositif, on place

à la tête ou à la base de la tour de convecteurs des dis-

positifs permettant la conversion de l'énergie cinétique du flux en énergie électrique ou mécanique et on monte

éventuellement la tour de convection sur une base qui per-

met le passage des rayonnements solaires afin d'utiliser

leur énergie, en même temps que l'énergie éolienne ou hy-

draulique, et on complète tout ce qui précède par un dis-

positif de chauffage de type classique et d'utilisation éventuelle.

Diverses autres caractéristiques de l'invention res-

sortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.

Des formes de réalisation de l'objet de l'invention 248744i sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au

dessin annexé.

La fig. 1 représente schématiquement un convecteur

utilisé en liaison avec l'invention.

La fig. 2 montre d'une manière schématique une tour

cyclonique ou anticyclonique.

La fig. 3 est une section transversale d'une tour

à convecteurs.

La fig. 4 représente une variante de la tour cyclo-

nique de la fig. 2.

La fig. 5 représente une variante de la tour cyclo-

nique analogue à celle de la fig. 4 mais associée à une

serre hydraulique.

La fig. 6 représente la combinaison d'une tour cyclo-

nique et d'une tour anticyclonique.

La fig. 7 montre le couplage de divers ensembles

à tour cyclonique et à tour anticyclonique.

La fig. 8 est un schéma d'une variante de réalisa-

tion.

La fig. 9 est une vue de dessus de la fig. 8.

La fig. 10 est une coupe prise le long de la ligne

AA de la fig. 8.

La fig. 11 montre un dispositif de conversion cyclo-

nique à cloisons fixes.

La fig. 12 représente un système anticyclonique

conforme à l'invention.

La fig. 13 représente un convertisseur énergétique

double à sens de rotation opposé.

La fig. 14 montre un collecteur de flux utilisé en

liaison avec l'invention.

La fig. 15 montre un dispositif de décyclonisation

de flux.

Les fig. 16 à 18 montrent des exemples de régula-

teurs. Le dispositif selon l'invention se différencie des dispositifs antérieurs en ce qu'il permet d'approcher une récupération de 83 % de l'énergie, contrairement au pourcentage considérablement moins important que l'on obtient aujourd'hui dans les dispositifs éoliens, cela

étant dû au fait que le fluide incident est obligé de su-

bir une accélération de convection, pour des raisons na-

turelles, en formant consécutivement les trois flux de

base d'un cyclone naturel qui sont, d'une part, la convec-

tion accélérée par la loi de continuité, d'autre part, l'irrotationel et, enfin, le rotationel, grâce à quoi on atteint des tourbillons de dimensions restreintes mais de concentration énergétique très élevée sans être limitée en construction, compte tenu des dimensions de structure employée.

Un des éléments fondamental pour l'obtention arti-

ficielle de cyclones ou d'anticyclones sont les convecteurs qui sont constitués par deux membranes ou écrans verticaux presque tangents à une conduite centrale cylindrique dont

les génératrices suivent un profil courbe tel que sa pré-

sence, en liaison avec la conduite centrale, provoque dans

le flux une accélération définie par les lois aérodynami-

ques en obligeant le vent naturel à augmenter de vitesse en l'accélérant en trois points consécutifs qui sont, d'une

part, l'écran courbe, d'autre part, le convecteur propre-

ment dit et, enfin, la conduite formant vortex. Les convec-

teurs sont à n'importe quel niveau et ne communiquent pas

avec le flux au niveau du plancher ou de la base du dispo-

sitif et ils sont destinés à conduire, défléchir et accélé-

rer par convection un flux transversal sensiblement hori-

zontal.

Le dispositif conforme à l'invention permet la re-

production à une échelle appropriée de cyclones en utili-

sant, de la même façon que les cyclones naturels, tant l'énergie solaire que l'énergie cinétique et thermique du

milieu ambiant.

Le dispositif selon la présente invention permet de même d'utiliser le thermique différentiel de l'eau de mer dans un dispositif technologique qui additionne dans un même processus l'énergie éolienne, l'énergie solaire

radiante et l'énergie thermique de la mer dans une trans-

formation qui met en jeu non seulement l'énergie cinéti-

que du vent mais encore l'énergie de position oude différen-

ces de pression, l'énergie thermique de l'air selon son degré de saturation en vapeur d'eau et l'énergie thermi-

que de l'eau de mer.

Un aspect secondaire, bien que toutefois important, consiste dans l'obtention d'eau dessalée dans le processus de conversion cyclonique dans les ensembles qui travaillent avec un flux secondaire aspirant de l'air saturé en vapeur d'eau. Comme cela a été indiqué précédemment, la conversion cyclonique se caractérise par une transformation de flux énergétiques horizontaux dans d'autres flux verticaux en

recueillant ou en ne recueillant pas dans ledit flux ver-

tical d'autres flux provenant d'autres sources d'énergie, comme l'énergie solaire radiante ou l'énergie thermique marine. Les tours cycloniques utilisées en liaison avec l'invention se composent principalement de convecteurs avec leur conduite formant vortex, comme cela est montré à la fig. 1, dans laquelle on a représenté les-membranes ou cloisons verticales 4 et 2 réunies entre elles par des

organes de rigidification constitués par des plaques hori-

zontales dont les sections 3 et 5 sont aérodynamiques.

Les cloisons verticales 4 et 2, au nombre de deux par convecteur, sont délimitées par une courbe telle qu'une circonférence, une ellipse, une hyperbole, une parabole, une spirale logarithmique ou hyperbolique ou de tout autre type, les cloisons étant de hauteur convenable et formant entre deux cloisons consécutives un convecteur formant

concentrateur du flux énergétique qui afflue vers la con-

duite 1 formant vortex et séparée par tous les convecteurs

s'il en existe plus d'un.

Une tour cyclonique ou anticyclonique est consti-

tuée par un ou plusieurs convecteurs du type de celui indiqué précédemment, les convecteurs étant conformés entre

deux éléments de rigidification et deux cloisons consécu-

tives en formant plusieurs étages, la tour étant cycloni-

que si le sens de rotation du fluide est contraire à celui des aiguilles d'une montre et étant anticyclonique si le sens est le même que celui des aiguilles d'une montre,

cela dans l'hémisphère nord.

La fig. 2 montre de manière schématique une tour cyclonique ou anticyclonique. A la fig. 2 on voit quatre organes de rigidification 3, 5, 8 et 13 ainsi que les

pilotis 14 et 7 de maintien de la tour.

A cette même figure, la flèche 12 indique la direc-

tion du vent qui entre dans la tour et la flèche 11 la direction du flux qui fait que cette tour est cyclonique, la flèche 11 étant dirigée de bas en haut. Le flux entre

également en suivant les directions indiquées par les flè-

ches 15 et 6, ce flux actionnant un dispositif convertis-

seur approprié qui, à la fig. 2, est une turbine 16 mon-

tée à la partie inférieure, un ensemble d'hélices ou de pales 9 étant situé à la partie supérieure de la tour et dont les rotors tournent en sens contraire et se trouvent en haut de la tour, à l'intérieur de diffuseurs 10. A la partie inférieure de la tour de la fig. 2 sont montés les déflecteurs.

Tant à la base qu'au sommet d'une tour de convec-

teurs, on trouve indistinctement à chacune des extrémités de la tourou à ses deux extrémités, des dispositifs de transformation de l'énergie cinétique du flux en énergie électrique ou mécanique, tels que, par exemple, des pompes,

des générateurs, des compresseurs, des dynamos, des alter-

nateurs, etc.

La fig. 3 est une section transversale d'une tour à con-

vecteurs et, à cette figure, on peut voir la coupe des

membranes ou cloisons verticales 4 et 2 ainsi que les ob-

burateurs 18 d'entrée de flux dans la conduite formant

vortex, lesdits obturateurs s'appuyant sur des bras amor-

tisseurs 17 en tournant autour de l'appui et en s'ouvrant quand ils se trouvent dans un convecteur qui doit permettre le passage du fluide sur demande de ce dernier selon la direction du vent, étant donné que le profil aérodynamique de l'obturateur fait que celui-ci présente une résistance minimale au fluide, l'obturateur se fermant néanmoins quand le fluide se met à circuler par l'intérieur du con- vecteur vers l'extérieur depuis le vortex ainsi créé. La rotation des obturateurs s'effectue quand l'air pénètre dans un convecteur dans une direction telle qu'il pousse l'obturateur de l'extérieur vers l'intérieur en l'amenant à se placer dans la position qui présente la plus faible résistance à l'entrée de l'air, tandis qu'il reste fermé

quand l'air agit de l'intérieur à l'extérieur en mainte-

nant fermé le convecteur en question. Il existe un ou plu-

sieurs amortisseurs formant récupérateurs actionnés dans

le sens convenable par le flux particulier.

Si, dans les convecteurs décrits à l'aide de la

fig. 3, on supprime les obturateurs en prolongeant les mem-

branes plus loin de leur ligne de tangence avec le flux, jusqu'à ce qu'ils Mssent partie du conduit formant vortex, on obtient des convertisseurs appropriés pour des ensembles

o la puissance peut atteindre 5 kilowatts et o le rende-

ment a peu d'importance avec l'avantage considérable que

l'on élimine les éléments mobiles. Si, à la tour de con-

version cyclonique décrite précédemment, on ajoute à la

base de la tour une surface 20 (fig. 4) telle qu'elle per-

met le passage des radiations solaires 21 - verres ou ma-

tières plastiques, etc. - en empochant la réflexion de l'air ambiant, on retient dans le pourtour de l'aspiration secondaire du convertisseur cyclonique - par un effet connu de serre - l'énergie radiante solaire sous forme

d'air chaud instable.

Pour augmenter l'effet thermique radiant du système cyclonique, on dispose à la base de la tour un fond noir thermo-absorbant 25 de matière appropriée à l'accumulation

de la chaleur.

Le convertisseur énergétique 24squi à la fig. 4 est constitué par deux hélices montées sur des axes tournant en sens contrairelreçoit les flux énergétiques thermique et cinétique. Il existe ainsi deux vecteurs énergétiques

dans le déplacement du flux à l'intérieur du conduit for-

mant vortex, à savoir un vecteur thermique et un autre pour la transposition énergétique cinétique du flux prin- cipal.

L'accumulateur thermique et la base noire absorban-

te 25 constituent un élément régulateur qui accumule de la chaleur pendant le jour, en dédant l'excédent de chaleur

pendant la nuit et en uniformisant ainsi le vent thermique.

L'énergie thermique plus l'énergie cinétique trans-

portées cèdent aux convertisseurs énergétiques 24 et 9 de la fig. 4 la somme de leurs énergies sous l'action de l'interaction régulatrice des flux du genre vortex qui

sont mutuellement créés.

De manière à régulariser le degré d'utilisation de l'installation dans des situations climatiques de calme ou

de nuage, on ajoute à la tour à conversion d'énergie solai-

re radiante une aide thermique artificielle à base de brû-

leurs 22 à gaz ou à combustibles liquides disposés de telle

façon que l'entrée des gaz chauds provenant de la combus-

tion ait lieu de manière tangentielle et horizontale à la base du conduit formant vortex 23 et avec une disposition telle que les gaz d'échappement après avoir actionné le convertisseur à pales 24 créent un vortex artificiel avec

succion à la base de l'aspiration secondaire 19.

Dans un ensemble comme celui décrit ci-dessus, on

intègre la possibilité d'une utilisation conjointe ou sépa-

rée de l'énergie éolienne, de l'énergie solaire radiante et, éventuellement, de l'énergie thermique provenant de la combustion. On prévoit pour un ensemble, tel que celui décrit à l'aide de la fig. 4, une base en forme de bassin à bas niveau d'eau 44, fig. 5, qui reçoit l'eau chaude et l'air saturé de pré-évaporateurs, appelés serres hydrauliques 30 à fond noir thermo-absorbant 32 et qui sont recouvertes d'une pellicule transparente 31 formant une memhrane de couverture, et on prévoit de monter lesdites serres sur une surface ou une nappe d'eau provenant d'un grand réservoir d'eau naturelle ou artificielle 36 préchauffée par les rayons solaires 21 et captée par le capteur 37 d'eau salée superficielle, laquelle est pompée par la pompe 33 et ar- rive dans la serre hydraulique 30 à travers les conduites 39 pour être amenée sur le fond thermo-absorbant 32 et chauffée ainsi davantage par les rayons du soleil qui

tombent sur la membrane formant couverture 31. Par la con-

duite 40 reliée à la prise d'air saturée, on envoie cet air à la partie supérieure du bassin 44. De la même façon, au moyen des conduites 43, on remplit ledit bassin 44 d'eau chaude provenant de la serre hydraulique 30 dont la couverture 31 est maintenue par des étais 33 et tendue par des éléments tendeurs 34. Par la conduite 35 l'air ambiant pénètre dans ladite serre, ce qui fait que la conduite 41 sert pour l'extraction du sel. Dans l'enceinte du bassin

44, et grâce à l'eau reçue par celui-ci à travers la con-

duite 43 et à l'air saturé qui arrive à la partie supérieu-

re en provenance de la serre hydraulique 30 à travers la

conduite 40, il est possible de créer à la base du conver-

tiseur cyclonique les conditions thermiques d'un cyclone naturel. Les dispositifs ci-dessus permettent d'intégrer l'énergie cinétique du vent, l'énergie solaire radiante, l'énergie produite par la combustion à la base du conduit

formant vortex des combustibles gazeux ou liquides, l'éner-

gie de l'eau chaude superficielle de la mer par saturation de l'air chaud ainsi que l'énergie obtenue par insolation des serres hydrauliques. Par une intégration facile de toutes les énergies précédentes, on extrait à chaque moment la plus grande énergie naturelle disponible, que celle-ci soit éolienne, solaire ou thermique, de la mer. En cas de carence d'énergie naturelle, celle-ci peut être remplacée par de l'énergie provenant de combustibles liquides et/ou

gazeux, de manière à donner ainsi à l'ensemble du disposi-

tif une autonomie quelles que soient les conditions

climatiques régnantes.

A la tour représentée à la fig. 5, l'énergie ciné-

tique du vent crée une dépression qui aspire l'air chaud

instable créé par la serre solaire 20, la surface thermo-

absorbante 25 et l'accumulateur 45. La colonne d'air as- cendante aspire par 26 l'air chaud saturé provenant des

conduites tandis que l'eau chaude entre par les canalisa-

tions 43.

Au moyen des obturateurs 29 qui agissent en tant que déflecteur d'étranglement des conduites secondaires d'aspiration 40, on peut effectuer très commodément le

mélange de l'air saturé et de l'air sec en 42.

La tour cyclonique résultante qui est ainsi régla-

ble totalement élève une colonne d'air saturé au moyen de

la dépression créée par l'énergie cinétique. La condensa-

tion de cet air à.une hauteur déterminée de la tour de conversion cyclonique peut produire, à volonté, de l'eau condensée et dessalée qui est captée dans les condenseurs thermiques 27 et ramenée vers les récepteurs 28 au moyen de canalisations ou de conduites appropriées. La chaleur de condensation cédée à la colonne d'air ascendante renforce le flux ascendant du flux formant vortex en augmentant la dépression et les flux du genre vortex. Par conséquent, la colonne thermique ascendante ainsi créée peut remplacer l'énergie cinétique du vent jusqu'à former un cyclone

limité et stabilisé.

La condensation de l'eau de saturation de l'air aspiré procure une source énergétique thermique externe

pour le dispositif et maintient le cyclone limité en fonc-

tionnement autonome en absence de vents du genre vortex, c'est-à-dire du flux cinétique fondamental utilisé pour l'amorçage et le déchaînement du cyclone. En disposant de

serres hydrauliques 30 de dimensions suffisantes, on ob-

tient une disposition naturelle et économique pour capter l'énergie solaire en la transformant en énergie cinétique de l'air ascendant utilisable et transformable dans un convertisseur à turbine ou à hélice, comme les hélices 9,

etc., de manière à produire ainsi de l'énergie électrique.

L'air provenant de 42 s'ajoute à celui de la par-

tie supérieure de 44, en montant par la conduite formant vortex 23 et en actionnant les hélices 24 à son passage par ces dernières. A la figure on voit également que les rayons 21 chauffent la serre solaire 20 et les organes

rigidificateurs dont les sections 3 et 5 sont aérodynami-

ques pour faire partie de convecteurs contigus par les-

quels passe l'air selon la flèche 12.

Tous les organes décrits jusqu'à présent à l'aide

de la fig. 5 peuvent s'employer conjointement ou bien sé-

parément. La disposition selon cette figure n'est aucune-

ment restrictive ni limitative, la serre sèche, la serre

hydraulique et les brûleurs peuvent être disposés de n'im-

porte quelle façon en tenant toujours compte-de l'effet physique de l'ordre et de l'intégration des fluides qui s'additionnent selon un vecteur impulsif ascendant de la

colonne d'air qui actionne les éléments transformant l'éner-

gie reçue en énergie électrique, tels que des turbines, des hélices, etc., couplées à divers générateurs ou autres moyens appropriés comme des pompes, des compresseurs ou

des accumulateurs.

De façon analogue à ce que produisent des tours cycloniques, si on inverse le sens de rotation de l'air

incident, on obtient une tour anticyclonique avec la ca-

ractéristique que, dans une telle tour et dans notre hémis-

phère, le vortex au lieu d'aller de bas en haut va de haut

en bas, les résultats étant contraires dans l'autre hémis-

phère.

La fig. 6 représente un dispositif combiné cycloni-

que-et anttcyclonique et qui est doué de synergie. A l'aide de cette figure, on décrit maintenant comment on utilise les effets combinés d'une tour cyclonique et d'une tour

anticyclonique. En effet, en accouplant à une tour anti-

cyclonique 47 un dispositif de décyclonisation 46, on envoie le flux à travers une conduite 56 qui, en traversant un convertisseur énergétique 52, actionne un générateur il électrique, par exemple le générateur 51, en se dirigeant dans le sens de la flèche 50 o il est aspiré par la tour cyclonique 49. Le dispositif est complété et perfectionné par un module de combustion 55 pourvu de brûleurs 54 qui fournissent de l'énergie lorsque les conditions climati-

ques ne favorisent pas le fonctionnement du dispositif.

Enfin, un diaphragme à lames 53 dont le fonctionne-

ment est commandé par le servo mécanisme hydro-pneumatique

48 ouvre ou ferme les conduites dtaspiration en contr8-

lant, de cette façon, le fonctionnement et donc la puis-

sance du dispositif. Quand les axes de la tour cyclonique et de la tour anticyclonique sont à une certaine distance, comptés dans le sens du flux prédominant, distance appelée "cote de perturbation" et qui est telle que la seconde tour, alignée avec le flux uniforme et principal, reçoit le flux

dont la vitesse est perturbée par la première tour, l'éner-

gie par unité de surface de captage de la seconde tour est augmentée d'un coefficient important par la plus grande vitesse du flux perturbé par la première tour dans le sens

du flux.

Le dispositif cyclonique combiné au dispositif anticyclonique en régime perturbé du flux exige que les unités de conversion (tour) soient rapprochées, tandis que les convertisseurs habituels à hélices exigent que les

tours de soutien des hélices soient séparées.

Dans le cas ci-dessus, on montre que, au contraire de ce qui se passe avec les convertisseurs ordinaires à

hélices, du fait qu'un flux influe sur l'autre, la combi-

naison des deux tours capte davantage d'énergie que ne capterait chaque tour prise séparément. L'ensemble double

décrit précédemment est approprié à des flux unidirection-

nels comme ceux qui se présentent dans les gorges des mon-

tagnes pour les flux catabatiques et sur les côtes pour

les vents thermiques.

On peut évidemment perfectionner les dispositifs combinés cycloniques anticycloniques en supprimant certaines cloisons sous le vent ou audessus du vent entre les tours et en les remplaçant par des cloisons formant guide. La cote optimale de perturbation est fonction de la vitesse moyenne du flux prédominant. La distance pour

laquelle se produit ce phénomène avec une intensité maxi-

male est dénommée dans ce qui suit "cote de perturbation induite".

La disposition compound, ou combinée, des disposi-

tifs symétriquement réciproques cyclonique - anticyclonique

permet de concentrer, sur des surfaces relativement fai-

bles, des dispositifs de captage et de conversion énergé-

tique à haute densité d'énergie éolienne. Le phénomène est identique et a les mêmes causes que les perturbations du

vent entre de grands édifices.

A la fig. 7, on a représenté de manière schématique

le couplage de divers ensembles tels que ceux décrits pré-

cédemment et qui sont placés aux distances appelées cote de perturbation induite, lesquelles sont, comme énoncé précédemment, les distances avec lesquelles on obtient un rendement optimal, les ensembles étant disposés de telle façon que leur distribution ressemble au diagramme des vents

et des vitesses prédominantes dans le lieu o sont instal-

lés les ensembles, de manière à obtenir à l'aide de cette combinaison multiple un flux perturbé induit appelé en abrégé "1poly-fluper" (de poly - flux - perturbé), avec lequel on obtient un grand rendement de concentration de l'énergie éolienne faisant que cette disposition est la plus appropriée pour la construction de grandes centrales d'énergie éolienne en obtenant des niveaux de puissance

installée semblables à ceux des grandes centrales thermi-

ques, hydrauliques ou nucléaires. A ladite fig. 7, on a montré à titre d'exemple une combinaison multiple pour un vent omnidirectionnel d'une unité cyclonique et de diverses unités anticycloniques réparties dans un plan horizontal sur le diagramme des vents et des directions prédominantes, en venant des diverses unités anticycloniques 58 avec leur dispositif de décyclonisation 57 et de la tour 47 ainsi que ceux qui arrivent par 61 et 59 et qui convergent dans

*248144 1

le collecteur 60, en amenant l'énergie provenant de ceux-

ci, après avoir traversé le diaphragme contrôlé par le servomécanisme 48, vers l'unité convertisseuse énergétique

52,en actionnant le générateur électrique 51 et qui pas-

sent à travers la conduite o sont situés, de manière péri- phérique, les brûleurs à hydrogène ou autres combustibles 54 pour traverser finalement le module cyclonique 49 dans lequel d'additionne le flux résultant de manière à produire

l'énergie maximale.

On décrit maintenant avec plus de détails certains

des composants des dispositifs faisant l'objet de la pré-

sente invention.

Les obturateurs de la conduite formant vortex doi-

vent se fermer lorsque l'air essaie de sortir vers la con-

duite formant vortex vers l'extérieur et doivent s'ouvrir

lorsque l'air doit passer vers la conduite formant vortex.

Bien que les déflecteurs et les diffuseurs aient

des rôles opposés, dans l'ensemble énergétique cyclonique -

anticyclonique, étant donné la symétrie axiale des flux de l'une et l'autre conception, les réalisationspeuvent être

identiques du fait que dans le flux anticyclonique l'orga-

ne est un déflecteur, canalisateur et concentrateur du

flux, et que, dans le dispositif cyclonique, il peut réa-

liser la fonction contraire consistant à distribuer et

diffuser le flux de sortie en un autre flux uniforme.

A la fig. 8 on a représenté de manière schématique une disposition semblable à celle indiquée précédemment

avec des déflecteurs-diffuseurs à coude tubulaire de maniè-

re à augmenter.et améliorer le rendement de captage et de

transformation énergétique de l'installation.

Bien que les relations géométriques constructives soient différentes, de manière à obtenir une orientation vers le vent omnidirectionnel convenant dans les deux cas,

le principe est le même.

La fig. 9 est une vue de dessus de la fig. 8, et la fig. 10 est une coupe prise le long de la ligne A-A de

la fig. 8.

Le flux incident en 69 en provenance de 68 (fig. 8) se superpose au flux secondaire aspiré par la conduite formant vortex 65 dans un dispositif cyclonique du vent de direction 66. De même, le flux extérieur incident 64 sur le diffuseur 63 crée une dépression sous le vent qui aide à l'aspiration et à la diffusion du flux sortant. On

obtient de cette façon une addition géométrique des vec-

teurs énergétiques formés par 67, 69 et 64 qui sont tous

dans le mème sens.

A la fig. 8 on voit clairement que le diffuseur,

qui agit comme diffuseuren 63,agit comme déflecteur en 62.

Pour un même dispositif lors d'un changement d'hé-

misphère, les déflecteurs agissent comme diffuseurs et l diffuseurs comme déflecteurs, ces derniers étant tous uti-

lisés pour la première fois dans des dispositifs cycloni-

ques et anticycloniques et pouvant être, soit orientables, soit statiques et concentriques comme ceux représentés à

la fig. 11 qui montre un dispositif de conversion cycloni-

que à cloisons fixes 74 qui forment les convecteurs corres-

pondants munis d'obturateurs comme l'obturateur 18, fig. 3,

oscillant selon le sens du flux principal. Dans le cas dé-

crit en liaison avec la fig. 11, les déflecteurs et les

diffuseurs peuvent être réalisés sous la forme d'un dis-

que avec un orifice central de section aérodynamique et

ils sont parallèles, convergents et/ou divergents de l'in-

térieur à l'extérieur ou de l'extérieur à l'intérieur, selon qu'ils font fonction de diffuseur ou de déflecteur (fig. 12). A la fig. 11, pour un dispositif cyclonique qui convertit un vent horizontal 75 en un vortex ou tourbillon

71 avec une impulsion dans la direction 72, et dans l'at-

mosphère nord, l'organe 73 serait un diffuseur de tête qui recueille le flux vers le haut en évitant l'apparition d'efforts coupants horizontaux à la sortie du flux formant vortex de la tour et en aidant ainsi à l'inflexion douce vers le dessous du vent du vortex et sa diffusion dans le

flux principal uniforme.

Le déflecteur de base 70 agit de manière analogue

dans le bas en évitant la formation de basses pressions.

Dans ce cas, la variation significative peut être la con-

vergence dans le diffuseur ou les diffuseurs et la diver-

gence dans les déflecteurs, comme on le voit à la fig. 12 qui représente un système anticyclonique. A la fig. 12, le flux énergétique incident dans la direction 80, en

tournant dans le sens 77 des aiguilles d'une montre, pro-

duit un flux descendant 78 vers les convertisseurs énergé-

tiques. Les déflecteurs 79 de tête obligent le flux à des-

cendre par la conduite formant vortex, tandis que les dif-

fuseurs 76 de base, du fait de leur convergence, créent

une dépression qui aide à la sortie du flux descendant.

Il résulte de ce qui précède que le déflecteur-

diffuseur est formé par un, deux ou davantage de disques de dimension variable, avec un orifice concentrique au centre du disque de section aérodynamique et qui converge et/ou diverge de l'intérieur vers l'extérieur selon qu'il

joue le r8le de diffuseur ou de déflecteur.

Dans l'hémisphère nord, et pour un dispositif anti-

cyclonique selon la fig. 12, les déflecteurs 79 divergent vers le centre, tandis que les diffuseurs 76 convergent vers l'axe. Il est évident qu'on utilise également souvent des déflecteurs-diffuseurs de type à venturi, cylindriques

ou hémisphériques à plaques à double basculement qui pré-

sentent une grande application dans ces dispositifs, ainsi que des déflecteurs-diffuseurs combinés parmi tous ceux

dont on a parlé précédemment.

Pour la transformation et l'utilisation énergétique du flux transposé (ou du flux secondaire formant vortex ascendant ou descendant, linéaire ou rotatif), on utilise différents organes comme des turbines concentriques, des turbines à sens de rotation opposé, des turbines doubles ou simples, ainsi que des hélices de type habituel ou modifié selon la géométrie et le flux de la trajectoire des lignes de courant énergétique, ou également des hélices doubles à sens de rotation opposé disposées dans le flux secondaire pour utiliser tout le flux aspiré ou chassé, ou le flux i6 2487441 thermique ascensionnel, pour les dispositifs cycloniques ou anticycloniques décrits précédemment, comme le flux

principal du genre vortex ou le flux sensiblement hori-

zontal. D'autres organes possibles sont constitués par des turbines à aubes multiples et déflecteur fixe ou rotatif pour l'air et/ou les gaz chauds dans des installations

simples cycloniques, anticycloniques combinées ou poly-

fluper multiples.

Dans tous les cas, l'utilisation dthélices simples ou de turbines pour la transformation du flux énergétique transposé ou induit donne un rendement de captage faible de l'ordre de 59 5a au maximum. De manière à améliorer ce

rendement, on accouple aux systèmes cycloniques et anti-

cycloniques des convertisseurs énergétiques doubles à sens de rotation opposé permettant ainsi d'obtenir des

rendements de captage d'environ 83 %. Il est alors néces-

saire d'inverser le sens de rotation de la force résultante en l'additionnant à la force de l'autre organe concentrique,

comme on le voit à la fig. 13.

A la fig. 13, l'hélice 85, qui peut être remplacée

par un rotor avec une turbine, tourne dans un sens détermi-

né en entraînant l'axe 86, par exemple dans le sens des

aiguilles d'une montre, tandis qui l'hélice 8Li, qui entra'-

ne l'axe 83, tourne dans le sens contraire. Grâce aux engre-

nages coniques 87 et 82, on inverse le sens de rotation de telle manière que le corps 81 tourne dans le même sens que l'axe 86, le mouvement des deux axes étant rendu solidaire

au moyen de la clavette 88.

Le collecteur de flux (fig. 14) a pour r8le de cana-

liser et d'orienter les flux provenant de divers disposi-

tifs anticycloniques ou aspirés avec les dispositifs cyclo-

niques vers le converseur énergétique commun et, pour cela, il est ennstitué essentiellement d'un corps 89 dont les parois sont formées de deux cylindres concentriques ou non, en étant fermé en haut et en bas. C'est dans le corps 89 qu'arrivent les conduits 90 qui transportent le flux provenant des dispositifs anticycloniques. Du fait de la

conformation cylindrique, le flux circule de manière cir-

conférentielle en permettant l'addition consécutive de

flux provenant d'autres dispositifs vers un point détermi-

né o une cloison tangentielle 92 est reliée à un conduit

commun de sortie 91.

Le flux provenant de 91 peut être relié à un conver-

tisseur énergétique et à l'aspiration d'une tour cyclonique.

Lorsqu'il est nécessaire de transformer à nouveau en un flux linéaire le flux irrotationnel et le flux rotationnel du vortex pour son intégration dans le flux commun, par exemple en décyclonisant ou en détourbillonnant ledit flux, on emploie des dispositifs appelés dispositifs de décyclonisation, comme celui schématisé à la fig. 15 dans laquelle on voit que le dispositif comprend principalement

deux cylindres concentriques 95 et 94 à l'intérieur des-

quels est disposée une surface déflectrice conique 97 qui oblige le flux à s'introduire dans la conduite linéaire curviligne 98. Le flux rotationnel 96 se compose, dans le déflecteur à plaque asymétrique 99, avec le flux linéarisé

du vortex 93 descendant dans le conduit 101. Le flux liné-

arisé 100 peut s'intégrer dans le collecteur avec des flux

d'autres provenances ou d'autres tours.

En étranglant le flux au début ou à la fin de la colonne formant vortex, on modifie le volume fluant dans cette colonne et ainsi l'énergie par unité de temps. Des régulateurs, tels que celui de la fig. 16, réalisent cette régulation en tête du dispositif ou, comme celui de la fig. 17, la réalisent à sa base. Les deux dispositifs sont commandés par des diaphragmes cylindriques élastiques 104 ou 105 qui sont situés respectivement à la fin ou au début de la colonne formant vortex. Dans le régulateur de la fig. 16, on fait arriver le flux vers la tuyère 102 après avoir traversé la membrane élastique 104 commandée

par le servo-compresseur et la vanne de commande 103.

Les dispositifs de régulation sont formés par un cylindre externe résistant et un cylindre interne concentrique au cylindre externe flexible diaphragmatique, dont le diamètre varie en fonction de la pression et/ou du vide régnant à l'intérieur des deux corps cylindriques à travers un servo-compresseur et une vanne de commande 103 ou d'un servo- régulateur 106. A la base du dispositif,

se trouvent les organes diffuseurs ou déflecteurs 107.

La fig. 18 montre un dispositif de régulation qui

est placé indistinctement au début ou à la fin de la colon-

ne formant vortex et qui consiste essentiellement en de

petits panneaux ou persiennes comprenant des lames en nom-

bre variable qui ouvrent ou ferment le conduit formant vortex en réglant le flux passant à travers le conduit. Au dessin, on voit facilement que les petits panneaux 108

représentés correspondent à la position ouverte du régula-

teur alors qu'en 109 on a représenté la position fermée.

Les irrégularités de l'énergie éolienne exigent qu'il soit possible d'accumuler les excédents d'énergie pour satisfaire la demande, comme cela se produit avec l'énergie hydraulique. Une des applications fondamentales du dispositif selon l'invention est la production massive par accumulation d'énergie éolienne ainsi que d'énergie solaire, comme décrit ci-aprèsde manière séparée à cause

de son importance.

En premier lieu, on peut obtenir un dispositif

hydro-éoliet de la manière suivante.

L'énergie électrique provenant de centrales cyclo-

niques et/ou anticycloniques peut être appliquée au fonc-

tionnement de pompes et ou de turbines réversibles ou en-

core de générateurs réversibles repompant l'eau de prises

dans des installations hydrauliques, grâce à quoi la con-

sommation d'eau pour la production électrique est réduite

aux pertes par évaporation ou infiltration. Cette dispo-

sition ouvre des possibilités inespérées jusqu'à présent.

En premier lieu il est possible d'aménager les vallées de

bassins hydrauliques qui, par leur grande pentes ne permet-

tent pas de retenir de grandes capacités d'eau ou-ne pré-

sentent pas de capacités de retenue suffisantes pour

justifier l'installation de centrales hydro-électriques.

En second lieu, dans les emplacements o ces dernières existent déjà, on libère de grands volumes d'eau pour des usages industriels, agricoles ou domestiques qui, jusqu'à présent, devaient être disponibles dans les retenues d'eau

pour une application énergétique.

Le dispositif cyclonique-anti-cyclonique, en ren-

dant l'énergie éolienne, l'énergie solaire radiante et l'énergie thermique marine inépuisable et remplaçable,

peut permettre la construction de grandes centrales présen-

tant un niveau potentiel par unités de l'ordre des centra-

les à énergies thermiques, hydrauliques ou nucléaires en

changeant ainsi les prémisses acceptées sur les disponibi-

lités de l'eau et de l'énergie.

Dispositif hydrogéno-cyclonique: en appliquant

l'énergie obtenue dans des ensembles cycloniques-anti-cyclo-

niques avec ou sans l'aide de modules électrolytiques ali-

mentés en eau de mer ou en eau insalubre, il est possible de produire de l'hydrogène à faible prix de revient, ce qui

permet d'obtenir au moyen de techniques appropriées du mé-

thanol ou des combustibles liquides ou, en combinaison,

des hydrocarbures.

Un ensemble hydrogéno-éolien peut produire de l'éner-

gie ainsi que d'autres produits de valeur ou, à son tour, de l'hydrogène, de l'oxygène, des sels de tous types ainsi

que de l'eau dessalée.

De même que le dispositif hydro-éolien a sa justi-

fication dans les pays montagneux, le dispositif hydrogéno-

éolien est particulièrement approprié dans des pays à zones

c8tières ou mers et lacs intérieurs.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisa-

tion représentés et décrits en détail car diverses modifi-

cations peuvent y être apportées sans sortir de son cadre;

En particulier, les dispositifs pour l'obtention d'une éner-

giâ au moyen de flux semblables à ceux que forme un cyclone ou un anticyclone naturel peuvent être, selon l'invention, constitués dans des formes, des dimensions et des matériaux

les plus appropriés à chaque application concrète.

Claims

R VENDICATIONS

1 - Dispositif permettant d'obtenir de l'énergie au moyen de flux semblables à ceux formés par un cyclone ou un anticyclone naturel, caractérisé en ce que la tour de conversion cyclonique comprend un ensemble de convec- teurs situés tous autour d'un axe central vers lequel sont

dirigées des membranes ou cloisons formant vortex, renfer-

mées dans des corps de révolution de forme évasée, on pré-

voit éventuellement, à la partie supérieure ou à la partie inférieure, des déflecteurs ou diffuseurs qui augmentent le rendement du dispositif, on place à la tête ou à la base de la tour de convecteurs des dispositifs permettant la

conversion de l'énergie cinétique du flux en énergie élec-

trique ou mécanique et on monte éventuellement la tour de

convection sur une base qui permet le passage des rayonne-

ments solaires afin d'utiliser leur énergie, en même temps que l'énergie éolienne ou hydraulique, et on complète tout

ce qui précède par un dispositif de chauffage de type clas-

sique et d'utilisation éventuelle.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que les convecteurs sont constitués par deux cloi-

sons verticales formées par des profils tangents à la di-

rection du flux et réunies entre elles par des organes de rigidification de profil aérodynamique pour délimiter le

convecteur en liaison avec les cloisons lesquelles, éven-

tuellement, se prolongent en faisant partie d'un conduit

formant vortex, en étant dans ce cas dépourvus d'obtura-

teurs, lesdits écrans en s'appuyant sur des bras amortis-

seurs tournent en présentant un profil leur donnant la plus faible résistance à la circulation du fluide, et se fermant lorsque le fluide provient de l'intérieur du vortex; 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque convecteur est réalisé par un corps creux formé de surfaces curvilignes ou en tronc de pyramide, pourvues éventuellement d'obturateurs consistant en des vannes d'axes verticales à sections aérodynamiques ou planes pourvues d'amortisseurs et éventuellement de dispositifs à servocommande qui amplifient en puissance l'action du fluide, ces obturateurs étant situés dans la direction qui offre la plus faible résistance ou étant fermés lorsque ledit flux provient du conduit formant vortex.

4 - Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que l'on prévoit supplémentairement un ensemble à effet de serre situé à la base en formant un dispositif énergétique solaire, radiant, éolien qui, en créant un

gradient de température, forme un flux ascendant qui s'in-

tègre au flux aspiré par le système cyclonique, un sys-

tème de chauffage de type habituel à combustible liquide

ou gazeux étant éventuellement prévu pour fournir ou com-

pléter le flux thermique ascendant lorsque les conditions

climatiques rendent insuffisant le flux provenant de l'é-

nergie solaire.

- Dispositif selon la revendication 4, caractéri-

sé en ce que l'on prévoit à la base de la tour de conver-

sion cyclonique un bassin à faible niveau d'eau, alimenté par de l'eau préchauffée dans des serres hydrauliques à fond noir thermo-absorbant, ledit bassin communiquant avec l'axe de la tour convertisseur cyclonique par un conduit

en forme de cloche pour faire arriver l'air saturé tra-

versant la zone o arrive l'air sec dont l'entrée est con-

trôlée par des vannes obturatrices réglables, de manière

à produire l'ascension par la tour de conversion cycloni-

que de l'air saturé en vapeur d'eau dessalée qui se condense

en un point de la tour en tombant dans des canaux appro-

priés à sa récupération et situés à la base de la tour à convecteurs, tout le bassin étant entouré d'un accumulateur de chaleur comprenant une matière thermo-absorbante à sa

partie supérieure.

6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à

, caractérisé en ce que l'on dispose de manière symétri- que par rapport à l'axe vertical les éléments décrits avec les cloisons déflectrices présentant leur courbure dans le même sens, tous les éléments étant montés de façon symétrique à l'exception des déflecteurs et diffuseurs de tête et de base de manière à capter l'air par la partie supérieure et l'expulser par la partie inférieure pour

constituer une tour convertisseuse anticylonique avec la-

quelle on peut utiliser l'énergie du flux de sortie de façon analogue à celle obtenue par une tour convertisseuse cyclonique.

7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à

6, caractérisé en ce qu'on combine diverses variantes de

couplage de flux à une même cote pour des tours convertis-

seuses cycloniques et des tours convertisseuses anticyclo-

niques dans lesquels l'impulsion d'un flux est constitué par l'aspiration du flux antérieur de manière à obtenir

un ensemble combiné.

8 - Dispositif selon la revendication 7, caractéri-

sé en ce que l'on place un organe de décyclonisation entre

les tours convertisseuses cycloniques et les tours conver-

tisseuses anticycloniques, cet organe de décyclonisation

obligeant le flux énergétique à passer directement et li-

néairement, ce flux étant à la sortie de cet organe aspiré par l'embouchure de la tour suivante, en prévoyant dans

cette zone le générateur ou convertisseur énergétique com-

mun aux tours cycloniques et anticycloniques combinées.

9 - Dispositif suivant la revendication 8, caracté-

risé en ce que l'on prévoit des centrales énergétiques éoliennes, solaires ou combinées, de grande puissance, en choisissant la distance optimale de perturbation pour les

ensembles multiples combinés cycloniques - anticycloniques.

- Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ve que la transformation énergétique du flux est réalisée dans des turbines concentriques tournant en sens

contraire, ou éventuellement dans des hélices de type ha-

bituel ou de profil modifié selon la géométrie du flux et

adaptées aux trajectoires des lignes de courant énergéti-

que ou, inclusivement, par des hélices doubles tournant en

sens contraire.

Il - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé

248744 1

en ce qu'éventuellement la conversion et la transformation

énergétique s'effectuent avec des turbines à aubes multi-

ples, diffuseurs fixes ou rotatifs pour l'air et/ou les

gaz chauds.

12 - Dispositif suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'on accouple aux tours de conversion cyclo-

niques et anticycloniques des convertisseurs énergétiques doubles à sens de rotation opposé qui, inversant le sens de rotation des forces résultantes sur une d'entre elles,

ajoutent l'action de cette dernière sur un dispositif con-

centrique inverseur d'intégration, les forces des deux groupes composants agissant ainsi de manière conjointe

dans le même sens.

13 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur de flux des ensembles des tours cycloniques et anticycloniques combinées ou multiples comprend essentiellement deux corps cylindriques creux, excentriques ou concentriques, fermés par en haut et par

en bas, et dans lesquels débouchent les conduits qui trans-

portent le flux provenant des systèmes anticycloniques, une cloison tangentielle reliée à un conduit de sortie commun

étant de plus prévue.

14 - Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le réglage de l'énergie est effectué au moyen d'un étranglement du flux par l'intermédiaire d'un diaphragme élastique situé à l'extrémité et au début de la colonne formant vortex ou d'un ensemble de petits panneaux ou de persiennes à lames de nombre variable qui ouvrent ou ferment le conduit formant vortex en faisant varier le

flux traversant ce dernier.

- Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que l'on prévoit, à la partie inférieure du con-

duit formant vortex ainsi qu'à la partie intérieure de la base de la tour, des collecteurs sous forme de tuyaux qui recueillent l'eau dessalée provenant de la condensation de la vapeur d'eau entraînée dans l'air qui circule par ledit

conduit formant vortex.