FR2509384A1 - Air or hydraulic fluid turbine energy converter - uses turbines with adjustable deflector blades round periphery to provide regulation of turbine speed - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine de la transformation de l'énergie de fluides en mouvement, en particulier sous forme de courants gazeux tels que l'air, ou liquides comme l'eau, en énergie électrique, mécanique, ou thermique, et a pour objet un dispositif destiné à cet effet. The present invention relates to the field of transforming the energy of moving fluids, in particular in the form of gas streams such as air, or liquids such as water, into electrical, mechanical, or thermal energy, and has for object a device intended for this purpose.
La captation d'énergies éolienne et hydrauliques au moyen d'appareils à hélice ou à roue à aube est connue. The harnessing of wind and hydraulic energies by means of propeller or paddlewheel devices is known.
L'utilisation d'hélice pour la récupération de énergie éolienne est cependant tributaire du diamètre desdites hélices qui ne peut dépasser une certaine dimension, afin d'éviter les vitesses périphériques critiques. En outre, pour faire face aux évolutions du vent, il est nécessaire de prévoir des éléments tournants qui influencent l'incidence des pales, de sorte qu'ils impliquent l'utilisation de mécanismes fragiles et compliqués. Enfin, du fait des vitesses critiques dans le cas de grandes hélices, des mécanismes de démultiplication très importants sont nécessaires, et ces hélices provoquent toujours un sifflement, donc une certaine nuisance.The use of propellers for wind energy recovery is however dependent on the diameter of said propellers which cannot exceed a certain dimension, in order to avoid critical peripheral speeds. In addition, to cope with the changes in the wind, it is necessary to provide rotating elements which influence the incidence of the blades, so that they involve the use of fragile and complicated mechanisms. Finally, because of the critical speeds in the case of large propellers, very important reduction mechanisms are necessary, and these propellers always cause a whistling sound, therefore a certain nuisance.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. The present invention aims to overcome these drawbacks.
Elle a, en effet, pour objet un dispositif pour la transformation de l'énergie de fluides en mouvement, en particulier de courants gazeux tels que l'air, ou hydrauliques en énergie électrique, mécanique, ou thermique, essentiellement constitué par une ou plusieurs turbines sans mécanisme de régulation rotatif, et par des déflecteurs canalisant le fluide vers les turbines, ces déflecteurs étant en un ou plusieurs éléments mobiles ou fixes, caractérisé en ce que les déflecteurs sont des déflecteurs convergents-divergents constituant entre eux des profils parallèles, et en ce qu'il est pourvu d'un ou de plusieurs éléments de grande surface solidaires de son bâti mobile et agissant comme gouvernes pour son orientation. It has, in fact, for its object a device for transforming the energy of moving fluids, in particular gaseous currents such as air, or hydraulics into electrical, mechanical or thermal energy, essentially consisting of one or more turbines without rotary regulating mechanism, and by deflectors channeling the fluid towards the turbines, these deflectors being in one or more mobile or fixed elements, characterized in that the deflectors are convergent-divergent deflectors constituting between them parallel profiles, and in that it is provided with one or more large surface elements integral with its movable frame and acting as control surfaces for its orientation.
Conformément à une caractéristique de l'invention, les surfaces des déflecteurs et des éléments agissant comme gouvernes, ainsi que des autres éléments constitutifs, à l'exception des turbines, peuvent être munies de piles photo vol talques. In accordance with a characteristic of the invention, the surfaces of the deflectors and of the elements acting as control surfaces, as well as of the other constituent elements, with the exception of turbines, can be provided with photo vol tal tal batteries.
L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expli qués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en plan et en coupe d'un dispositif conforme à l'invention la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, d'une variante de réalisation de l'invention ; la figure 3 est une vue en plan et en coupe d'une autre variante de réalisation de l'invention ; la figure 4 est une vue en élévation frontale, à plus petite échelle, du dispositif suivant la figure 1 les figures 5 et 6 sont des vues à plus petite échelle de deux modes de réalisation du dispositif conforme à l'invention les figures 7 et 9 sont des vues en élévation frontale, en plan et en coupe d'une autre variante de réalisation de l'invention, et les figures 10 à 12 représentent respectivement en des vues en élévation frontale (figure 10) et en coupe divers modes d'application du dispositif conforme à l'invention. The invention will be better understood from the description below, which relates to preferred embodiments, given by way of nonlimiting examples, and explained with reference to the appended schematic drawings, in which FIG. 1 is a plan view and section view of a device according to the invention, FIG. 2 is a view similar to that of FIG. 1, of an alternative embodiment of the invention; Figure 3 is a plan view in section of another alternative embodiment of the invention; Figure 4 is a front elevational view, on a smaller scale, of the device according to Figure 1 Figures 5 and 6 are views on a smaller scale of two embodiments of the device according to the invention Figures 7 and 9 are views in front elevation, in plan and in section of another alternative embodiment of the invention, and FIGS. 10 to 12 represent respectively in views in front elevation (FIG. 10) and in section various modes of application of the device according to the invention.
Conformément à l'invention, et comme le montre plus particulièrement, à titre d'exemple, la figure 1 des dessins annexés, le dispositif pour la transformation de l'énergie de fluides en mouvement, en particulier de courants gazeux tels que l'air, ou hydrauliques, en énergie électrique, mécanique, ou thermique, est essentiellement constitué par des turbines 1 à flux transversal ou tangentiel ne comportant pas de mécanisme de régulation rotatif, et par des déflecteurs 2 canalisant le fluide vers les turbines 1, et est caractérisé en ce que les déflecteurs 2 sont des déflecteurs convergents-divergents, qui constituent entre eux des profils parallèles, et en ce que les surfaces des déflecteurs 2 sont munies de piles photovoltaiques 3. In accordance with the invention, and as shown more particularly, by way of example, FIG. 1 of the accompanying drawings, the device for transforming the energy of fluids in motion, in particular of gas streams such as air , or hydraulic, in electrical, mechanical, or thermal energy, is essentially constituted by turbines 1 with transverse or tangential flow not comprising a rotary regulation mechanism, and by deflectors 2 channeling the fluid towards the turbines 1, and is characterized in that the deflectors 2 are convergent-divergent deflectors, which constitute between them parallel profiles, and in that the surfaces of the deflectors 2 are provided with photovoltaic cells 3.
Pour son orientation en fonction de la direction du fluide, par exemple du vent, le dispositif est avantageusement monté à rotation libre sur un socle 4 (figure 4), et est muni d'éléments de grande surface formant gouvernes, tels qu'un mât profilé 5 (figures 1 à 3) disposé devant les turbines 1 et les déflecteurs 2 en position médiane, ou encore par des éléments en forme de dérives verticales 6 (figures 4 et 5) fixés sur la partie supérieure du dispositif. Les surfaces de ces mats 5 ainsi que celles des élé- ments 6 peuvent également être munies de piles photo voltalques 3. For its orientation as a function of the direction of the fluid, for example of the wind, the device is advantageously mounted with free rotation on a base 4 (FIG. 4), and is provided with large surface elements forming control surfaces, such as a mast profile 5 (Figures 1 to 3) disposed in front of the turbines 1 and the deflectors 2 in the middle position, or by elements in the form of vertical fins 6 (Figures 4 and 5) fixed on the upper part of the device. The surfaces of these mats 5 as well as those of the elements 6 can also be provided with photovoltaic batteries 3.
Les profils intérieurs 2' des déflecteurs 2 canalisent l'air vers les turbines 1 en constituant avec ces dernières un canal de venturi 7, tandis que les faces extérieures 2" des déflecteurs 2 dévient le fluide vers l'extérieur, créant ainsi une dépression à l'arrière des turbines 1, de sorte que les conditions de fonctionnement de ces dernières sont très favorables. The internal profiles 2 'of the deflectors 2 channel the air towards the turbines 1 by constituting with the latter a venturi channel 7, while the external faces 2 "of the deflectors 2 deflect the fluid towards the outside, thus creating a vacuum at the rear of the turbines 1, so that the operating conditions of the latter are very favorable.
Dans la figure 1, les déflecteurs 2 sont fixes et en une seule partie, tandis que dans la figure 2, les déflecteurs 8 sont mobiles autour d'un axe 9, et leur profil intérieur présente une partie courbe spéciale 10 freinant les écoulements autour des turbines 1 lorsque les déflecteurs 8 sont pivotés en direction de ces dernières. In FIG. 1, the deflectors 2 are fixed and in a single part, while in FIG. 2, the deflectors 8 are movable around an axis 9, and their internal profile has a special curved part 10 slowing down the flows around the turbines 1 when the deflectors 8 are pivoted in the direction of the latter.
Les déflecteurs peuvent également être constitués, comme le montre la figure 3, par une partie antérieure 11 de canalisation du fluide fixe, et par un volet mobile 12 articulé sur la partie fixe 11 et pouvant être pivoté par rapport à ce dernier, de la position extrême ouverte, représentée au dessin, à une position de fermeture, représentée en traits mixtes fins, dans laquelle la dépression en aval des turbines 1 est amoindrie. En outre, en position de fermeture, le volet mobile 12 délimite avec la partie fixe 11 un canal d'amenée d'un courant de fluide de perturbation du fonctionnement des turbines 1.Ainsi, il est possible de réguler automatiquement, particulièrement en cas de tempête, la vitesse des turbines 1 et d'éviter ainsi qu'elles atteignent une vitesse critique, par réduction de la dépression en aval des turbines et grâce au courant secondaire de freinage
Le maintien en position d'ouverture des volets mobiles 12 des déflecteurs est réalisé grâce à un dispositif élastiquement déformable, tel qu'un ressort mécanique, hydraulique ou pneumatique 12', qui forme butée de fin de course de fermeture ou est associé à une telle butée, le mouvement de ces volets 12 pouvant également être obtenu au moyen de moteurs d'asservissement commandés en fonction de la force du fluide.The deflectors can also be constituted, as shown in FIG. 3, by a front part 11 for channeling the fixed fluid, and by a movable flap 12 articulated on the fixed part 11 and which can be pivoted relative to the latter, from the position extreme open, shown in the drawing, at a closed position, shown in thin broken lines, in which the depression downstream of the turbines 1 is reduced. In addition, in the closed position, the movable flap 12 delimits with the fixed part 11 a supply channel for a flow of fluid disturbing the operation of the turbines 1. Thus, it is possible to regulate automatically, particularly in the event of storm, the speed of the turbines 1 and thus preventing them from reaching a critical speed, by reducing the depression downstream of the turbines and by means of the secondary braking current
Maintaining the movable flaps 12 of the deflectors in the open position is achieved by an elastically deformable device, such as a mechanical, hydraulic or pneumatic spring 12 ′, which forms the end stop of the closing stroke or is associated with such stop, the movement of these flaps 12 can also be obtained by means of servo motors controlled as a function of the force of the fluid.
Les déflecteurs 2 sont avantageusement fixés sur des parties fixes 13 formant le bâti mobile du dispositif; et espacées régulièrement, de-sorte que le dispositif peut être constitué par un assemblage d'éléments modulaires de turbines 1 et de déflecteurs 2 suivant les besoins, ces éléments pouvant alors être, soit empilés verticalement (figure 6), so-it accolés horizontalement (figure 5), l'orientation suivant la direction d'écoulement du fluide s'effectuant au moyen d'un mât profilé 5 ou d'une dérive vérticale 6. The deflectors 2 are advantageously fixed on fixed parts 13 forming the movable frame of the device; and spaced regularly, so that the device can be constituted by an assembly of modular elements of turbines 1 and deflectors 2 as required, these elements can then be either stacked vertically (Figure 6), so-it joined horizontally (FIG. 5), the orientation in the direction of flow of the fluid being effected by means of a profiled mast 5 or a vertical drift 6.
Suivant une variante de réalisation de l'invention, l'orientation du dispositif en fonction de la direction d'écoulement du fluide peut également être réalisée au moyen d'un servomoteur 14 agissant par l'intermédiaire d'un réducteur sur une couronne dentée solidaire du dispositif. According to an alternative embodiment of the invention, the orientation of the device as a function of the direction of flow of the fluid can also be achieved by means of a servomotor 14 acting by means of a reduction gear on a toothed crown integral of the device.
La transformation du mouvement rotatif des turbines 1 en énergie électrique, mé-canique, ou thermique s'effectue au moyen de générateurs électriques 15 (figure 4) montés en bout d'arbre des turbines 1, dans le bâti du dispositif ou dans son socle, au moyen d'une transmission mécanique reliée -aux bouts d'arbres, ou encore au moyen de-freins hydrauliques montés sur lesdits bouts d'arbres. The rotary movement of the turbines 1 is transformed into electrical, mechanical or thermal energy by means of electric generators 15 (FIG. 4) mounted at the end of the shaft of the turbines 1, in the frame of the device or in its base. , by means of a mechanical transmission connected to the ends of the shafts, or by means of hydraulic brakes mounted on the said ends of the shafts.
Le dispositif suivantes figures 1 à 6 fonctionne de la manière suivante
Le fluide en mouvement est dirigé vers les turbines 1 par les profils intérieurs 2' des déflecteurs 2 et la partie de fluide passant sur les faces extérieures 2" crée en aval desdites turbines 1 une dépression ayant pour effet d'accélérer la vitesse d'écoulement du fluide dans l'espace entre les turbines 1. Dans le cas du dispositif suivant la figure 2, les déflecteurs mobiles 8 sont en position d'ouverture complète pour les petites vitesses du fluide et ont tendance à se fermer en fonction de l'augmentation de ladite vitesse du fluide, de manière à maintenir la vitesse de rotation des turbines 1 constante.The following device in Figures 1 to 6 operates as follows
The fluid in movement is directed towards the turbines 1 by the internal profiles 2 ′ of the deflectors 2 and the part of fluid passing over the external faces 2 "creates downstream of said turbines 1 a depression having the effect of accelerating the flow speed of the fluid in the space between the turbines 1. In the case of the device according to FIG. 2, the movable deflectors 8 are in the fully open position for the low speeds of the fluid and tend to close as a function of the increase of said fluid speed, so as to keep the speed of rotation of the turbines 1 constant.
Le fonctionnement du dispositif de la figure 3 est le même, pour les petites vitesses du fluide, que celui des figures 1 et 2, mais avec l'augmentation de cette vitesse, le fluide exerce une pression sur les volets mobiles 12 qui les fait pivoter en direction des turbines 1 ouvrant les canaux d'amenée du courant de fluide de perturbation du fonctionnement des turbines 1, qui sont ainsi freinées, la rotation des volets 12 ayant, en outre, pour effet de réduire la dépression derrière les turbines 1, donc de freiner davantage l'écoulement du fluide, et l'ouverture des canaux d'amenée du courant de perturbation facilite le pivotement des volets mobiles 12 par action du fluide sur la partie antérieure de ces volets.Ainsi, la régulation de la vitesse des turbines 1 est réalisée sans dispositif de changement de l'incidence des pales desdites turbines, par simple changement de l'incidence des profils des déflecteurs mobiles 8 ou par l'action des volets 12. The operation of the device of FIG. 3 is the same, for the low speeds of the fluid, as that of FIGS. 1 and 2, but with the increase of this speed, the fluid exerts a pressure on the movable flaps 12 which makes them pivot. in the direction of the turbines 1 opening the channels for supplying the flow of fluid disturbing the operation of the turbines 1, which are thus braked, the rotation of the flaps 12 having, moreover, the effect of reducing the vacuum behind the turbines 1, therefore to further brake the flow of the fluid, and the opening of the disturbance current supply channels facilitates the pivoting of the movable flaps 12 by action of the fluid on the front part of these flaps. Thus, the regulation of the speed of the turbines 1 is produced without a device for changing the incidence of the blades of said turbines, by simply changing the incidence of the profiles of the movable deflectors 8 or by the action of the flaps 12.
Les figures 7 à 9 représentent une variante de réalisation de l'invention, dans laquelle le dispositif est constitué par plusieurs hélices 16 montées en ligne entre deux déflecteurs parallèles fixes ou mobiles 17 munis ou non de volets mobiles, et complétés de chaque côté de la ligne d'hélice par des déflecteurs fixes semi-circulaires 18. Figures 7 to 9 show an alternative embodiment of the invention, in which the device consists of several propellers 16 mounted in line between two fixed or mobile parallel deflectors 17 with or without movable flaps, and completed on each side of the propeller line by semi-circular fixed deflectors 18.
Le garnissage des surfaces extérieures des déflecteurs ainsi qu'éventuellement des moyens d'orientation avec des piles photovoltaïques 3, dans le cas ou les dispositifs fonctionnent dans un fluide tel que le venet, permet d'augmenter considérablement le rendement énergétique du dispositif conforme à l'invention. En effet, l'énergie électrique fournie par ces piles peut être utilisée, soit comme appoint, soit indépendamment dans des buts de commande, de signalisation, ou autres. The lining of the outer surfaces of the deflectors as well as possibly of the orientation means with photovoltaic cells 3, in the case where the devices operate in a fluid such as the venet, makes it possible to considerably increase the energy efficiency of the device in accordance with the 'invention. In fact, the electrical energy supplied by these batteries can be used either as a backup or independently for control, signaling or other purposes.
La figure 10 représente un mode d'application du dispositif conforme à l'invention dans lequel ledit dispositif est pourvut'un dispositif 19 de signalisation visuelle sous forme de feux clignotants ou tournants, ce dispositif pouvant être complété par un dispositif de signalisation acoustique. FIG. 10 represents a mode of application of the device according to the invention in which said device is provided with a device 19 for visual signaling in the form of flashing or rotating lights, this device being able to be supplemented by an acoustic signaling device.
Les figures 11 et 12 montrent l'application du dispositif à des véhicules routiers. Ainsi, les turbines 1 ou des hélices peuvent être montées dans des déflecteurs 20 faisant partie intégrante d'une carrosserie de véhicule automobile (figure 11) ou sous la cabine d'un poinds lourd (figure 12), cette cabine pouvant, en outre, être munie dans son déflecteur de toit 21, d'un deuxième dispositif à turbines 1 ou à hélices. Ainsi, l'énergie recueillie peut être utilisée, soit en remplacement total ou partiel du générateur électrique du moteur à combustion, soit à des fins publicitaires. Figures 11 and 12 show the application of the device to road vehicles. Thus, the turbines 1 or propellers can be mounted in deflectors 20 forming an integral part of a motor vehicle body (FIG. 11) or under the cabin of a heavy weight (FIG. 12), this cabin being able, in addition, be provided in its roof deflector 21 with a second turbine device 1 or with propellers. Thus, the energy collected can be used, either in total or partial replacement of the electric generator of the combustion engine, or for advertising purposes.
Grâce à l'invention, il est possible de récupérer de manière optimale l'énergie de fluide en mouvement, et par association avec des piles photovoltaïques, d'augmenter l'énergie fournie. Thanks to the invention, it is possible to optimally recover the energy of fluid in motion, and by association with photovoltaic cells, to increase the energy supplied.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments, ou par substitution d'équivalents techniques-, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. Of course, the invention is not limited to the embodiments described and shown in the accompanying drawings. Modifications remain possible, in particular from the point of view of the constitution of the various elements, or by substitution of technical equivalents, without thereby departing from the scope of protection of the invention.
Claims (12)
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| FR8113582A FR2509384B1 (en) | 1981-07-08 | 1981-07-08 | DEVICE FOR THE TRANSFORMATION OF THE ENERGY OF MOVING FLUIDS, PARTICULARLY GAS CURRENTS, SUCH AS AIR, OR HYDRAULICS, INTO ELECTRIC, MECHANICAL OR THERMAL ENERGY |
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