FR2954268A1 - Barge i.e. fuel oil tank, for producing wind energy and water, has wind energy concentrator device whose outlet is communicated with inlet of condensation element comprising venturi throats mounted in parallel - Google Patents

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Abstract

The barge has a wind energy concentrator device in a form of a wind energy concentrator nozzle (10) whose outlet (16) is communicated with an inlet of a machine element (11) comprising a set of wind energy collecting turbines. The outlet is communicated with an inlet of a condensation element comprising a set of venturi throats or venturi channels (113) mounted in parallel, where the turbines and the venturi throats are assembled to form an outlet section of the wind energy nozzle.

Description

La présente invention concerne le domaine offshore de la production d'énergie et d'eau à l'aide d'un système éolien comprenant une batterie de turbines et un élément venturi, pouvant être précédés d'un concentrateur d'énergie et suivis éventuellement d'un système extracteur d'air. Le système peut avantageusement être monté sur barge, laquelle peut comprendre également des unités de stockage d'énergie et d'eau. The present invention relates to the offshore field of energy and water production using a wind turbine system comprising a turbine battery and a venturi element, which can be preceded by an energy concentrator and optionally followed by an air extractor system. The system can advantageously be mounted on a barge, which may also include energy storage units and water.

ART ANTERIEUR Le document US2008/0296901 décrit une éolienne à un seul rotor dans le plan radial comprenant en amont un système collecteur d'énergie et en aval un diffuseur. Le document US2002/0182946 décrit une plateforme flottante comprenant plusieurs systèmes de capture d'énergie : solaire, éolienne et thermale, ainsi qu'un système de stockage d'énergie. L'énergie est utilisée pour le déplacement de la plateforme ou pour la production d'eau douce ou d'hydrogène. Le document WO2007/122376A1 décrit un ensemble constitué de plusieurs modules flottants, mobiles et tous interconnectés entre eux. L'ensemble est relié à un bateau utilisé pour le déplacement d'un point à un autre. Les modules sont conçus pour la production d'énergie à partir de l'énergie du vent, solaire et thermale. De façon similaire, le brevet US6100600 décrit une unité flottante constituée de plusieurs modules produisant de l'énergie provenant de différentes sources (énergie du vent, solaire, thermale et des vagues). L'unité peut comprendre différents types de stockage, plusieurs systèmes de production : eau (désalination par osmose inverse ou par évaporation), hydrogène et électricité (pile à combustible). Le brevet US4159427 décrit un support flottant supportant plusieurs modules produisant de l'énergie provenant de différentes sources (énergie du vent, solaire, thermale et des vagues). La partie éolienne est constituée de plusieurs rotors. L'invention porte principalement sur le stockage de l'énergie à l'aide d'un système inertiel (volant d'inertie). Le document JP2006070775A décrit un ensemble flottant supportant plusieurs éoliennes à arbre hélicoïdal et vertical. Le lissage de la production énergétique est assuré par une production d'hydrogène en présence de vent et une production d'électricité par des piles à combustible en l'absence de vent. Le document CN101230846A décrit un ensemble flottant supportant un empilage de cylindres convergents comprenant dans la section de plus petit diamètre un rotor d'éolienne. PRIOR ART Document US2008 / 0296901 describes a single-rotor wind turbine in the radial plane comprising upstream an energy collecting system and downstream a diffuser. Document US2002 / 0182946 describes a floating platform comprising several energy capture systems: solar, wind and thermal, as well as an energy storage system. The energy is used for the displacement of the platform or for the production of fresh water or hydrogen. WO2007 / 122376A1 discloses an assembly consisting of several floating modules, mobile and all interconnected. The set is connected to a boat used for moving from one point to another. The modules are designed for energy production from wind, solar and thermal energy. Similarly, patent US 6,100,600 describes a floating unit consisting of several modules producing energy from different sources (wind, solar, thermal and wave energy). The unit can include different types of storage, several production systems: water (desalination by reverse osmosis or evaporation), hydrogen and electricity (fuel cell). US4159427 discloses a floating support supporting several modules producing energy from different sources (wind, solar, thermal and wave energy). The wind part consists of several rotors. The invention relates primarily to the storage of energy using an inertial system (flywheel). JP2006070775A discloses a floating assembly supporting a plurality of wind turbines with helical and vertical shaft. The smoothing of the energy production is ensured by a hydrogen production in the presence of wind and an electricity production by fuel cells in the absence of wind. CN101230846A discloses a floating assembly supporting a stack of convergent cylinders comprising in the smaller diameter section a wind turbine rotor.

Dans le document US2004/0103655 le système flottant est de type catamaran comprenant un seul rotor d'éolienne dont le mât est maintenu en position par des câbles. Le document GB2383204 décrit un système flottant de type catamaran mais de grande dimension pour le portage de plusieurs rangées de rotor d'éolienne chaque rotor d'éolienne comprenant plusieurs jeux de pales de diamètre croissant de l'amont vers l'aval. In US2004 / 0103655 the floating system is of the catamaran type comprising a single wind turbine rotor whose mast is held in position by cables. The document GB2383204 describes a catamaran-type floating system of large size for the carriage of several rows of wind turbine rotor each wind turbine rotor comprising several sets of blades of increasing diameter from upstream to downstream.

Le document FR2852063 décrit un système flottant pouvant recevoir divers moyens de capture d'énergie marine. Concernant l'énergie éolienne, le document décrit, en particulier, le système en amont des rotors d'éolienne constitué de panneaux articulés (pour accentuer ou atténuer l'énergie du vent) ainsi que deux types de turbine à axe horizontal (axial ou transverse avec l'écoulement. The document FR2852063 describes a floating system that can receive various means for capturing marine energy. With regard to wind energy, the document describes, in particular, the upstream system of wind turbine rotors consisting of articulated panels (to accentuate or attenuate wind energy) as well as two types of turbine with horizontal axis (axial or transverse). with the flow.

Les documents antérieurs relatifs aux éoliennes montées sur barge ne décrivent pas notamment: l'association de rotors d'éolienne avec des venturis servant à la capture de l'eau, l'utilisation d'une multiplicité de micro turbines visant à l'entraînement d'alternateurs relativement standard (faible nombre de paires de pôles), et à réduire 25 la masse des rotors, le mode de contrôle des turbines (éoliennes) visant à les faire fonctionner à vitesse constante indépendamment de la vitesse du vent (en particulier, à très grande vitesse du vent) et à supprimer tout les éléments complexes des éoliennes classiques: les systèmes de pilotage de l'angle des pales et celui de l'orientation de 30 la nacelle, les multiplicateurs de vitesse, la pivoterie. La possibilité du choix du frein des turbines, ces dernières entraînant soit des alternateurs (production d'électricité), soit des compresseurs (stockage d'air), soit des pompes (stockage d'eau). la possibilité d'une capture d'énergie au delà d'une vitesse correspondant au 5 plafonnement de l'énergie captée dans le cas d'une éolienne classique de grande dimension. de système d'extraction d'air en aval des turbines. Le brevet US4140433 décrit une turbine insérée entre un convergent et un divergent. La turbine est unique dans le col du venturi. Les venturis peuvent être montés en grappe 10 (cluster) et la grappe peut être orientée dans la direction du vent. Le brevet FR2914371 décrit une turbine insérée entre un cylindre d'entrée et un système aval pour une amélioration de l'extraction d'air. Cette extraction est faite au moyen d'un carénage pyramidal d'épaisseur constante composé de trous coniques sur sa surface pour permettre l'entrée d'air extérieur au niveau du carénage. 15 Le brevet FR2805572 décrit une turbine encastrée entre deux plaques horizontales et un système aval muni d'un déflecteur pour améliorer l'extraction d'air. Le brevet GR2447510 décrit une turbine montée en aval d'un cône pour concentrer l'énergie, l'arrière étant muni d'une gouverne de direction pour une orientation automatique de l'éolienne face au vent. 20 Le document US2001/0004439A1 décrit deux turbines tournant en sens inverse montées entre un cône convergent et un cône divergent avec sensiblement le même angle. Des aimants montés à la pointe des aubes servent d'excitateurs au stator d'un générateur électrique. Le document US2007/0013196A1 décrit une turbine montée dans une pièce 25 successivement convergente puis divergente. L'objet de la partie convergente est d'augmenter l'énergie cinétique et d'augmenter la quantité d'énergie captée sans se préoccuper de la capacité de l'air à s'extraire de la partie aval. Previous documents relating to barge-mounted wind turbines do not describe in particular: the association of wind turbine rotors with venturis used for water capture, the use of a multiplicity of micro turbines for the training of water turbines relatively standard generators (low number of pole pairs), and to reduce the mass of the rotors, the control mode of the turbines (wind turbines) to operate them at a constant speed regardless of the wind speed (in particular, to very high wind speed) and to remove all the complex elements of conventional wind turbines: blade angle control and platform orientation systems, speed multipliers, pivoting. The possibility of choosing the turbine brake, the latter resulting either alternators (electricity production), or compressors (air storage), or pumps (water storage). the possibility of an energy capture beyond a speed corresponding to the capping of the energy captured in the case of a large conventional wind turbine. of air extraction system downstream of the turbines. US4140433 discloses a turbine inserted between a convergent and a divergent. The turbine is unique in the venturi neck. The venturis can be mounted in a cluster (cluster) and the cluster can be oriented in the direction of the wind. The patent FR2914371 describes a turbine inserted between an inlet cylinder and a downstream system for an improvement of the extraction of air. This extraction is made by means of a pyramidal fairing of constant thickness composed of conical holes on its surface to allow the entry of outside air at the fairing. FR2805572 patent describes a turbine embedded between two horizontal plates and a downstream system provided with a deflector to improve the extraction of air. Patent GR2447510 describes a turbine mounted downstream of a cone to concentrate energy, the rear being provided with a rudder for an automatic orientation of the wind turbine in the wind. US2001 / 0004439A1 discloses two counter-rotating turbines mounted between a converging cone and a diverging cone with substantially the same angle. Magnets mounted at the tip of the vanes serve as exciters to the stator of an electric generator. Document US2007 / 0013196A1 describes a turbine mounted in a successively convergent and then divergent part. The object of the convergent part is to increase the kinetic energy and increase the amount of energy captured without worrying about the air's ability to get out of the downstream part.

Ainsi, la présente invention concerne une barge pour la production d'énergie, caractérisé en ce qu'elle comporte un dispositif concentrateur d'énergie éolienne en forme de convergent dont la sortie communique avec: - l'entrée d'un élément machine comportant une pluralité de turbines de captation de l'énergie éolienne, - l'entrée d'un élément de condensation comportant une pluralité de cols de venturi montés en parallèle. Les turbines et les cols peuvent être assemblés pour former la section de sortie dudit concentrateur convergent. Thus, the present invention relates to a barge for the production of energy, characterized in that it comprises a convergent-shaped wind energy concentrator device whose output communicates with: the input of a machine element comprising a plurality of turbines for capturing wind energy, - the inlet of a condensing element comprising a plurality of venturi collars connected in parallel. The turbines and collars can be assembled to form the outlet section of said convergent concentrator.

Une partie de l'air du concentrateur peut être dévié en amont desdits cols et turbines vers l'aval pour activer des moyens d'extraction d'air. La sortie de l'élément machine peut communiquer avec l'entrée d'un extracteur d'air en forme de divergent. L'extracteur d'air peut être entouré d'un convergent de façon à diffuser un courant d'air dans ledit extracteur d'air. La barge peut comporter des moyens de contrôle et de commande du fonctionnement des turbines et/ou des cols en fonction de la vitesse du vent. La barge peut comporter des moyens de captage de l'eau condensée disposés en sortie des cols de venturi. Part of the air of the concentrator can be deflected upstream of said collars and turbines downstream to activate air extraction means. The output of the machine element can communicate with the inlet of a divergent air extractor. The air extractor may be surrounded by a convergent so as to diffuse a stream of air into said air extractor. The barge may include means for controlling and controlling the operation of the turbines and / or collars depending on the wind speed. The barge may include means for collecting condensed water disposed at the outlet of the venturi collars.

Les turbines peuvent actionner directement des compresseurs de gaz et/ou des pompes. La barge peut comporter des moyens de stockage du gaz comprimé et des moyens de stockage de l'eau captée. Des réfrigérants du gaz comprimé peuvent être disposés dans le flux éolien de façon à restituer une partie de l'énergie éolienne sous forme de chaleur à l'air en sortie des turbines afin d'augmenter l'extraction de l'air. L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, d'exemples de réalisations, nullement limitatifs et illustrés par les figures ci-après annexées, parmi lesquelles: The turbines can directly operate gas compressors and / or pumps. The barge may comprise means for storing the compressed gas and means for storing the collected water. Refrigerants of the compressed gas can be arranged in the wind stream so as to restore some of the wind energy in the form of heat to the air leaving the turbines to increase the extraction of air. The invention will be better understood and its advantages will appear more clearly on reading the description which follows, examples of embodiments, in no way limiting and illustrated by the appended figures, among which:

la figure 1 montre schématiquement un système selon une variante de l'invention, les figures 2 et 3 montrent une barge selon l'invention, la figure 4 montre une variante de forme d'un concentrateur d'énergie éolienne, les figures 5a et 5b montrent schématiquement un élément machine comportant un assemblage d'une pluralité de turbines, les figures 6a et 6b montrent une variante d'assemblage de turbines en cercle, la figure 7 montre schématiquement un élément de turbine, les figures 8a et 8b montrent en exemple des dispositions de turbines dans l'élément machine et des volets dans le concentrateur, les figures 9a, 9b et 9c illustrent en exemple des rotors de turbines de différents rendements volumétriques (de très faible à moyen), les figures 10a et 10b montrent schématiquement un extracteur d'air, la figure 1l illustre une variante d'extracteur d'air, la figure 12 illustre une turbine à rendement non atténué, les figures 13a, 13b et 13c montrent des rotors de différents rendements volumétriques (de moyen à très élevé), la figure 14 montre l'assemblage de multi-turbines selon l'exemple de la figure 14, la figure 15 représente un rotor à arbre évidé, la figure 16 illustre en coupe les éléments venturis, la figure 17 donne l'évolution de la température à l'entrée des venturis, la figure 18 montre schématiquement les éléments venturis et collecteurs d'eau, - les figures 19 et 20 montrent des moyens de collecte de l'eau, les figures 21a et 2lb montre schématiquement les éléments venturis et collecteurs d'eau incurvés, la figure 22 donne la pression partielle de l'eau en fonction de la température, la figure 23 montre l'élément machine et les entrées de venturis, les figures 24a et 24b montrent en coupe l'élément machine, les venturis et les collecteurs d'eau, la figure 25 montre en coupe la barge et son stockage de l'eau et/ou de l'énergie, - la figure 26 illustre "l'effet booster". DESCRIPTION DE L'INVENTION Le système faisant l'objet de l'invention vise à capter l'énergie du vent ainsi qu'à produire de l'eau à partir de la vapeur d'eau contenue dans l'air transporté par le vent. Le système est conçu pour opérer avec une très grande efficacité, dans des conditions de vitesse de vent 10 très faible à très élevée et à obtenir une disponibilité de l'équipement proche de 100 %. L'objet de cet équipement est de capturer sur le court, le moyen et le long terme une énergie considérablement plus élevée que celle produite par une éolienne à pales classique ainsi qu'à produire de l'eau en grande quantité sans consommation énergétique. Le système comprend, dans la direction du vent, jusqu'à cinq éléments principaux (figure 15 1): en amont, un système concentrateur d'énergie 10 se présentant sous la forme d'un convergent, par exemple un cône (ou équivalent à un cône). Le vent entre dans ce premier élément 10 au travers de la surface d'entrée 15 et sort au travers de l'aire réduite 16. Lors de la traversée du convergent, la vitesse augmente inversement 20 proportionnellement à la surface tandis que la pression statique diminue selon une loi quasi isentropique régissant la transformation de l'énergie potentielle en énergie cinétique sur la base d'une quasi conservation de l'énergie transportée par le vent; en aval du concentrateur d'énergie 10, un élément machine 11 regroupant plusieurs turbines captant une partie de l'énergie cinétique de l'air disponible en amont des 25 turbines et entraînant divers types de machines convertissant l'énergie mécanique fournie par les turbines en énergie électrique (alternateurs) ou potentielle (pression ou hauteur manométrique d'un fluide au travers de compresseurs ou de pompes). L'air entre au travers de la surface 16 et sort au travers de la surface 17; en aval du concentrateur d'énergie 10, un élément 113 constituant le col du venturi 30 et permettant la condensation de l'eau. Cet élément peut être constitué d'un ou5 plusieurs cols de venturi montés en parallèle. Cet élément se situant sensiblement dans l'axe du concentrateur d'énergie est entouré par l'élément turbine; en aval de l'élément venturi prévu pour la condensation de l'eau, une unité 114 permettant le captage de l'eau; en aval des éléments prévus pour la production d'énergie, la condensation de la vapeur d'eau et le captage de cette eau, un élément divergent 12 permettant l'évacuation de l'air absorbé par le concentrateur d'énergie 10 et ralenti à la fois par le groupe de machines 11 ayant capté une partie de l'énergie cinétique de l'air et le système venturi ayant freiné le déplacement de l'air. L'air est évacué au travers de l'aire élargie du divergent 18. Lors de la traversée de ce divergent, la vitesse diminue inversement proportionnellement à la surface tandis que la pression statique augmente selon une loi quasi isentropique régissant la transformation des énergies et la quasi conservation de l'énergie entre les surfaces. Le divergent peut être entouré d'une enveloppe convergente de plus grande dimension que le concentrateur d'énergie amont de façon à capter une énergie cinétique supplémentaire non captée par le concentrateur amont et ainsi activer l'évacuation de l'air dans le divergent. Il convient de noter que l'élément machine peut être monté seul ou en association avec les éléments utilisés pour la production d'eau. Il en va de même pour les éléments utilisés pour 20 la production d'eau vis à vis de l'élément utilisé pour la production d'énergie. L'ensemble du système est monté sur le pont d'une barge selon les figures 2 et 3. L'intérieur de la barge comprend une unité de stockage d'énergie, une unité de stockage d'eau ainsi que toutes les utilités nécessaires au bon fonctionnement de la barge (cuve à fuel). 25 Le stockage de l'énergie peut être réalisé par la compression de l'air ambiant dans des réservoirs haute pression. Toutefois, le stockage de l'énergie ne se limite pas à cet exemple. La barge peut comprendre sur le pont d'autres facilités comme : des unités process visant au déstockage de l'énergie, des unités électriques (générateurs, transformateurs, système de contrôle ..), 30 - un héliport, - une aire de maintenance. De par la forme de la barge, la disposition, le volume et la forme des équipements éoliens montés sur le pont ainsi que la conception du système d'amarrage, la force et le couple exercés par le vent sur l'ensemble du système tendent à déplacer la barge dans une position où l'effet du vent est minimum. Cette position correspond à une orientation du concentrateur d'énergie dans la direction du vent, un changement de direction du vent tendant à repositionner automatiquement le concentrateur d'énergie dans la nouvelle direction du vent. Le positionnement de la barge par rapport au vent se fait donc sans consommation d'énergie et sans dispositif particulier comme c'est le cas avec une éolienne classique à pales. Caractéristiques de l'élément concentrateur d'énergie 10 D'une façon générale, l'élément d'entrée est constitué d'une entrée de grande ouverture pour la capture d'un maximum d'énergie et d'une sortie de plus faible ouverture en vue d'une réduction en dimension de l'élément machine tournante. En revanche, le rapport des surfaces sortie û entrée est également dimensionné de façon à limiter les risques engendrés par un effet venturi trop important engendrant, par exemple, une température en sortie de l'élément d'entrée trop basse (risque associé de gel) ou une trop grande condensation d'eau (risques associés : érosion, corrosion). FIG. 1 schematically shows a system according to a variant of the invention, FIGS. 2 and 3 show a barge according to the invention, FIG. 4 shows a variant of the form of a wind energy concentrator, FIGS. 5a and 5b. schematically show a machine element comprising an assembly of a plurality of turbines, FIGS. 6a and 6b show an alternative assembly of turbines in a circle, FIG. 7 schematically shows a turbine element, FIGS. 8a and 8b show examples of turbine arrangements in the machine element and flaps in the concentrator, FIGS. 9a, 9b and 9c illustrate, for example, turbine rotors of different volumetric efficiencies (from very low to medium), FIGS. 10a and 10b show schematically an extractor of air, FIG. 11 illustrates a variant of air extractor, FIG. 12 illustrates a turbine with non-attenuated efficiency, FIGS. 13a, 13b and 13c show different rotors. volumetric efficiencies (from medium to very high), Figure 14 shows the assembly of multi-turbines according to the example of Figure 14, Figure 15 shows a hollow shaft rotor, Figure 16 illustrates in section the venturis elements FIG. 17 shows the evolution of the temperature at the inlet of the venturis, FIG. 18 schematically shows the venturis elements and water collectors, FIGS. 19 and 20 show means for collecting the water, FIGS. 21a and 2lb schematically shows the curved elements and curved water collectors, FIG. 22 gives the partial pressure of the water as a function of the temperature, FIG. 23 shows the machine element and the venturis inlets, FIGS. 24b show in section the machine element, the venturis and the water collectors, figure 25 shows in section the barge and its storage of water and / or energy, - figure 26 illustrates "the effect booster". DESCRIPTION OF THE INVENTION The system that is the object of the invention aims at capturing the wind energy as well as at producing water from the water vapor contained in the air transported by the wind. The system is designed to operate with very high efficiency, in very low to very high wind speed conditions and to achieve equipment availability close to 100%. The purpose of this equipment is to capture on the short, medium and long term a considerably higher energy than that produced by a conventional blade turbine as well as to produce water in large quantities without energy consumption. The system comprises, in the wind direction, up to five main elements (FIG. 1): upstream, a concentrator energy system 10 in the form of a convergent, for example a cone (or equivalent to a cone). The wind enters this first element 10 through the inlet surface 15 and exits through the reduced area 16. As the convergent traverse passes, the velocity increases inversely with the surface while the static pressure decreases. according to a quasi-isentropic law governing the transformation of potential energy into kinetic energy on the basis of a quasi conservation of the energy transported by the wind; downstream of the energy concentrator 10, a machine element 11 comprising several turbines capturing part of the kinetic energy of the air available upstream of the turbines and driving various types of machines converting the mechanical energy supplied by the turbines into electrical energy (alternators) or potential (pressure or head of a fluid through compressors or pumps). The air enters through the surface 16 and out through the surface 17; downstream of the energy concentrator 10, an element 113 constituting the neck of the venturi 30 and allowing the condensation of the water. This element may consist of one or more venturi collars connected in parallel. This element lying substantially in the axis of the energy concentrator is surrounded by the turbine element; downstream of the venturi element provided for the condensation of water, a unit 114 for the collection of water; downstream of the elements provided for the production of energy, the condensation of the water vapor and the collection of this water, a diverging element 12 allowing the evacuation of the air absorbed by the energy concentrator 10 and slowed down to both by the group of machines 11 having captured a portion of the kinetic energy of the air and the venturi system which has slowed the movement of air. The air is evacuated through the widened area of the divergent 18. During the crossing of this divergent, the speed decreases inversely proportionally to the surface while the static pressure increases according to a quasi-isentropic law governing the transformation of the energies and the almost energy conservation between surfaces. The divergent may be surrounded by a convergent envelope of larger size than the upstream energy concentrator so as to capture additional kinetic energy not captured by the upstream concentrator and thus activate the evacuation of air in the divergent. It should be noted that the machine element can be mounted alone or in combination with the elements used for the production of water. The same applies to the elements used for the production of water with respect to the element used for the production of energy. The entire system is mounted on the deck of a barge according to Figures 2 and 3. The interior of the barge includes an energy storage unit, a water storage unit and all the utilities necessary for smooth operation of the barge (fuel tank). Energy storage can be achieved by compressing ambient air in high pressure tanks. However, the storage of energy is not limited to this example. The barge can include on deck other facilities such as: process units aimed at the destocking of energy, electrical units (generators, transformers, control system ..), 30 - a heliport, - a maintenance area. Due to the shape of the barge, the layout, volume and shape of the wind equipment mounted on the bridge as well as the design of the mooring system, the force and torque exerted by the wind on the entire system tend to move the barge to a position where the effect of the wind is minimal. This position corresponds to an orientation of the energy concentrator in the wind direction, a change in wind direction tending to automatically reposition the energy concentrator in the new wind direction. The positioning of the barge with respect to the wind is therefore without energy consumption and without special device as is the case with a conventional wind turbine blades. Characteristics of the Energy Concentrator Element In general, the input element consists of a large aperture input for capturing a maximum of energy and a smaller aperture output. in view of a reduction in size of the rotating machine element. On the other hand, the ratio of the output-inlet surfaces is also dimensioned so as to limit the risks generated by an excessive venturi effect generating, for example, a temperature at the outlet of the input element that is too low (associated risk of freezing). or too much water condensation (associated risks: erosion, corrosion).

L'élément d'entrée peut être conçu sous une forme rigoureusement conique avec des surfaces d'entrée circulaire, carré, rectangulaire ou toute autre forme polygonale. La figure 4 montre une autre configuration dans laquelle l'élément d'entrée est globalement convergent mais non strictement conique. Il est, par exemple, constitué de trois parties distinctes : une première partie cylindrique de grande ouverture, une seconde partie avec restriction progressive et une troisième partie cylindrique de petite ouverture adaptée à l'entrée de l'élément machine 11 situé en aval. La première partie, à paroi parallèle à l'écoulement, a pour propriété de limiter l'impact de l'air sur les parois comme cela peut se produire dans le cas d'un élément strictement conique provoquant une perte d'énergie ainsi qu'un contournement de l'air autour de l'élément d'entrée. Les parois des trois parties de l'élément d'entrée, ainsi que celle de l'élément machine, sont tangentielles à leur raccordement limitant les pertes d'énergie en ces points. 8 Caractéristiques de l'élément machine (11) L'élément machine pour la capture de l'énergie peut être monté seul ou en association avec le système de production d'eau. The input element can be designed in a strictly conical shape with circular, square, rectangular or other polygonal input surfaces. Figure 4 shows another configuration in which the input element is generally convergent but not strictly conical. It is, for example, made up of three distinct parts: a first cylindrical part of large opening, a second part with progressive restriction and a third cylindrical part of small opening adapted to the input of the machine element 11 located downstream. The first part, wall parallel to the flow, has the property of limiting the impact of air on the walls as can occur in the case of a strictly conical element causing a loss of energy and a circumvent of the air around the entrance element. The walls of the three parts of the input element, as well as that of the machine element, are tangential to their connection limiting the energy losses at these points. 8 Characteristics of the machine element (11) The machine element for energy capture can be mounted alone or in combination with the water production system.

Cet élément est constitué d'un ensemble de machines pouvant être montées, par exemple, en rectangle ou en cercle. L'invention ne se limite pas à ce type de configurations géométriques. - Montage rectangulaire (Figures 5a et 5b): L'élément principal 11 est constitué d'un ensemble d'éléments élémentaires 20 sensiblement de section carrée. La section carrée comprend en amont un cône 21 alimentant une section cylindrique dans laquelle se trouvent les pales (ou aubes) des turbines. Les pales 22 des turbines entraînent par un arbre 24 une machine 25 absorbant l'énergie fournie par les pales. Les machines entraînées par les turbines peuvent être, par exemple, des alternateurs pour la fourniture d'énergie électrique, des compresseurs pour la compression d'un gaz (air ou autre) ou des pompes pour le relevage de la hauteur hydrostatique d'un liquide. Les rotors peuvent éventuellement être désaccouplés individuellement en vue de la maintenance d'un élément de machines tournantes. La figure 5b représente une coupe selon AA' de la figure 5 a. - Montage circulaire (Figures 6a et 6b): L'élément machine principal 11 est constitué d'un ensemble de éléments élémentaires en forme de secteurs angulaires. Chaque secteur comprend en amont un cône 31 collectant l'air et alimentant une section cylindrique 33 dans laquelle se trouvent les pales (ou aubes) des turbines. Les pales 32 des turbines entraînent par un arbre 34, soit une machine absorbant directement l'énergie, soit un pignon d'engrenage 35. L'ensemble des engrenages (35) peut entraîner une couronne d'engrenage 36. Sur cette couronne, d'autres pignons d'engrenage peuvent entraîner des alternateurs, des compresseurs ou des pompes (non représentés). Ces machines sont de préférence montées sur l'extérieur de la couronne de façon à ne pas perturber l'écoulement d'air au travers des éléments turbines. This element consists of a set of machines that can be mounted, for example, in a rectangle or in a circle. The invention is not limited to this type of geometric configurations. - Rectangular assembly (Figures 5a and 5b): The main element 11 consists of a set of elementary elements 20 substantially of square section. The square section comprises upstream a cone 21 feeding a cylindrical section in which are the blades (or blades) of the turbines. The blades 22 of the turbines drive by a shaft 24 a machine 25 absorbing the energy supplied by the blades. The machines driven by the turbines can be, for example, alternators for supplying electrical energy, compressors for compressing a gas (air or other) or pumps for lifting the hydrostatic head of a liquid . The rotors may optionally be uncoupled individually for the maintenance of an element of rotating machines. Figure 5b shows a section along AA 'of Figure 5a. - Circular mounting (Figures 6a and 6b): The main machine element 11 consists of a set of elementary elements in the form of angular sectors. Each sector comprises upstream a cone 31 collecting the air and feeding a cylindrical section 33 in which are located the blades (or blades) of the turbines. The blades 32 of the turbines drive through a shaft 34, either a machine directly absorbing energy, or a pinion gear 35. The set of gears (35) can drive a gear ring 36. On this ring, d Other gear wheels may drive alternators, compressors, or pumps (not shown). These machines are preferably mounted on the outside of the ring so as not to disturb the flow of air through the turbine elements.

Les machines entraînantes (turbines) ou entraînées peuvent être désaccouplées au niveau des engrènements (secondaires ou principal) de façon à permettre le démontage d'une ou plusieurs machines, par exemple pour leur maintenance. Comparées à des éoliennes à pales, les turbines de la présente invention sont de très petit diamètre, 10 à 100 fois plus petit que celui d'une pale classique et peuvent, par conséquent, tourner à une vitesse considérablement plus élevée que celle d'une éolienne à pales. Cette vitesse peut être de l'ordre, ou un multiple, de 1500 tours/min (pour les pays alimentés en 50 Hz) ou 1800 tours/min (pour les pays alimentés en 60 Hz). Ces vitesses sont admissibles pour deux raisons principales: - adaptation aérodynamique possible à ces vitesses, pas de fortes contraintes centrifuges limitant la rotation des turbines à de faible vitesse comme c'est le cas avec une éolienne à pales conventionnelle. Compte tenu de cette vitesse de rotation élevée, les turbines peuvent entraîner en direct les machines absorbant l'énergie que ce soit des alternateurs, des compresseurs ou des pompes 15 sans nécessiter la présence de multiplicateurs de vitesse. Diffuseur en sortie d'un élément de turbine (Figure 7) De façon à limiter les pertes par diffusion en aval d'un élément de turbine, chaque élément est suivi d'un élément diffuseur 23 ayant une forme divergente. Cet élément permet, par 20 ailleurs, de limiter les pertes par mélange entre plusieurs éléments adjacents. Système comprenant un très grand nombre de turbines et contrôle du système De façon à faciliter l'écoulement de l'air en amont de chaque turbine, les turbines sont montées les unes par rapport aux autres sous la forme d'un cône, ou sensiblement conique, 25 dans le prolongement du cône d'entrée 10 (Figures 8a et 8b). Ainsi, les turbines montées sur les parties extérieures périphériques sont montées selon la figure 8a. Les turbines dans un plan passant par l'axe du cône sont montées selon la figure 8b. Le nombre d'éléments turbines en fonctionnement est défini selon la vitesse du vent, de façon à obtenir une vitesse proche de la vitesse optimum en amont de chaque turbine 30 individuelle. Ainsi, cela permet de s'approcher d'un fonctionnement à vitesse constante et toujours proche du rendement optimum. Certaines turbines sont, par conséquent, arrêtées ou démarrées pour le maintien de ce paramètre en amont des turbines en fonctionnement, à l'aide de moyens électroniques de contrôle et de commande permettant d'asservir le nombre de turbines en fonction de la vitesse du vent. La stratégie peut être: Par vent faible, la plupart des turbines sont à l'arrêt jusqu'au maintien en rotation d'une seule turbine pour un vent à l'entrée du cône 10 avec une vitesse correspondant à la condition minimum. Cette vitesse minimum est très inférieure à la vitesse minimum requise par une éolienne à pales conventionnelle compte tenu des dimensions relatives de chaque rotor. Par ailleurs, une turbine fonctionnant avec une vitesse d'air optimum en amont de son rotor (vitesse en amont du cône au prorata des surfaces) opère avec un rendement aérodynamique élevé très nettement supérieur au rendement d'une éolienne à pales à la vitesse de vent correspondant au décollage des pales et à un rendement voisin de zéro. Dans cette situation, les entrées d'air des turbines à l'arrêt sont fermées (système de fermeture non représenté sur les schémas) de façon à concentrer l'air au niveau de la, ou des turbines, en fonctionnement. Par vent élevé, la plupart des turbines sont en fonctionnement jusqu'à la mise en service de la totalité des turbines par vitesse de vent très élevée (vitesse maximum). Cette facilité permet de recueillir de l'énergie à une vitesse de vent très élevée contrairement à une éolienne à pales conventionnelle qui est, soit arrêtée, soit plafonnée en puissance pour une question de protection mécanique des différents éléments (principalement les pales). Ce fonctionnement des turbines est obtenu avec un rendement aérodynamique optimum au niveau de chaque turbine, la vitesse de l'air à l'entrée de chaque turbine étant optimum. Par une vitesse de vent dépassant celle correspondant à la mise en service de toutes les turbines (fonctionnement théorique des turbines au delà de la vitesse et de la puissance optimum), des moyens d'ouverture 110 (Figures 8a et 8b) disposés dans la paroi du cône d'entrée sont actionnés de façon à dévier une partie de l'air (donc de son énergie) vers l'extérieur du cône d'entrée (des turbines) et ainsi maintenir une vitesse optimum à l'entrée de chaque turbine. Ces moyens de contournement d'air sont actionnés de façon naturelle, par exemple, sous l'effet de la pression du vent (force supérieure à la force de rappel d'un ressort) ou de façon contrôlée (système motorisé), de façon à maintenir une vitesse optimum au niveau des turbines. Par vent moyen, les turbines sont mises en service en fonction de la vitesse du vent sur la base d'un fonctionnement des turbines avec une vitesse de rotation optimum (rendement optimum). Un trop grand nombre de turbines en fonctionnement aurait tendance à faire fonctionner les turbines en sous régime (vitesse trop lente avec rendement diminué). A l'inverse, un nombre de turbines en fonctionnement trop faible aurait tendance à faire fonctionner les turbines en sur régime (vitesse trop élevée avec un rendement diminué associé à des contraintes mécaniques élevées). The driving machines (turbines) or driven machines can be uncoupled at the level of the meshes (secondary or main) so as to allow the disassembly of one or more machines, for example for their maintenance. Compared with blade-type wind turbines, the turbines of the present invention are very small in diameter, 10 to 100 times smaller than that of a conventional blade and can therefore rotate at a considerably higher speed than that of a conventional blade. wind turbine. This speed can be of the order, or a multiple, of 1500 revolutions / min (for the countries supplied with 50 Hz) or 1800 rev / min (for the countries supplied with 60 Hz). These speeds are acceptable for two main reasons: - aerodynamic adaptation possible at these speeds, no strong centrifugal constraints limiting the rotation of the turbines at low speed as is the case with a conventional blade wind turbine. In view of this high rotational speed, the turbines can directly drive the energy absorbing machines, be they alternators, compressors or pumps without requiring the presence of speed multipliers. Diffuser at the outlet of a turbine element (FIG. 7) In order to limit the diffusion losses downstream of a turbine element, each element is followed by a diffusing element 23 having a divergent shape. This element makes it possible, moreover, to limit the losses by mixing between several adjacent elements. System comprising a very large number of turbines and control of the system In order to facilitate the flow of air upstream of each turbine, the turbines are mounted relative to each other in the form of a cone, or substantially conical 25 in the extension of the inlet cone 10 (Figures 8a and 8b). Thus, the turbines mounted on the peripheral outer portions are mounted according to Figure 8a. The turbines in a plane passing through the axis of the cone are mounted according to FIG. 8b. The number of turbine elements in operation is defined according to the wind speed, so as to obtain a speed close to the optimum speed upstream of each individual turbine. Thus, it allows to approach a constant speed operation and always close to optimum performance. Some turbines are, therefore, stopped or started to maintain this parameter upstream of the turbines in operation, using electronic control and control means to enslave the number of turbines according to the wind speed . The strategy can be: In low wind, most of the turbines are stopped until the rotation of a single turbine is maintained for a wind at the inlet of the cone 10 with a speed corresponding to the minimum condition. This minimum speed is much lower than the minimum speed required by a conventional blade turbine given the relative dimensions of each rotor. Furthermore, a turbine operating with an optimum air velocity upstream of its rotor (speed upstream of the cone in proportion to the surfaces) operates with a high aerodynamic efficiency very much higher than the efficiency of a wind turbine with blades at the speed of wind corresponding to the takeoff of the blades and a yield close to zero. In this situation, the air inlets of the shutdown turbines are closed (closure system not shown in the diagrams) so as to concentrate the air at the turbine or turbines, in operation. In high wind, most turbines are in operation until all turbines are commissioned at very high wind speed (maximum speed). This facility can collect energy at a very high wind speed unlike a conventional wind turbine that is either stopped or capped power for a question of mechanical protection of the various elements (mainly blades). This operation of the turbines is obtained with optimum aerodynamic efficiency at each turbine, the speed of the air at the inlet of each turbine being optimum. By a wind speed exceeding that corresponding to the commissioning of all the turbines (theoretical operation of the turbines beyond the speed and optimum power), opening means 110 (FIGS. 8a and 8b) arranged in the wall the inlet cone are actuated so as to deflect part of the air (and therefore its energy) towards the outside of the inlet cone (turbines) and thus maintain an optimum speed at the inlet of each turbine. These air bypass means are actuated naturally, for example, under the effect of the wind pressure (force greater than the return force of a spring) or in a controlled manner (motorized system), so as to maintain optimum speed at the turbines. In medium wind, the turbines are commissioned according to the wind speed on the basis of turbine operation with an optimum rotation speed (optimum efficiency). Too many turbines in operation would tend to run the turbines under steady state (too slow speed with reduced efficiency). Conversely, a number of turbines in operation too low would tend to run the turbines at over speed (too high speed with reduced efficiency associated with high mechanical stresses).

Exemples numériques 1) Comparaison numérique entre une production d'énergie avec une éolienne à pales classique et un système selon l'invention convergent/divergent comportant entre ces deux éléments, un élément machine regroupant 100 turbines et fonctionnant de façon 15 optimale par tout type de vent. Les hypothèses suivantes ont été adoptées : La surface balayée par les pales d'une éolienne et celle d'entrée du cône convergent est de 10000 m2. Le rendement d'une éolienne à pales conventionnelle est maximum aux environs de 20 9 m/s. Il est généralement compris entre 0,46 et 0,48. Il décroît de part et d'autre de cet optimum. Dans le cas d'une éolienne à pales, l'augmentation de puissance est progressivement réduite au delà de 9 mis et la puissance est plafonnée au delà de 12 m/s. Le rendement d'une turbine est voisin de 0,6 (base énergétique : énergie cinétique à 25 l'entrée de l'élément 10) compte tenu du rendement intrinsèque d'une turbine et de la possibilité d'adapter la vitesse du vent au débit optimum de chaque turbine par la mise en service du nombre optimum de turbines. Bien que le rendement d'une turbine puisse atteindre 0,9 (voire plus pour un très grand débit), il est délibérément diminué pour permettre l'échappement de l'air en sortie du divergent (vitesse 30 suffisamment positive ù condition de Betz). Le rendement des turbines tient compte des dissipations d'énergie (pertes par friction et décollement), du mode d'entraînement direct des machines aval (pas de pertes résultant de l'utilisation de multiplicateurs de vitesse) et des conditions de rotation adaptées à la production de courant alternatif sans passer par une double conversion de courant (AC/DC/AC). Vent m/s 3 7 10 15 20 25 30 Rendement_pales 0,050 0,460 0,460 0,160 0,068 0,035 0,000 Pw_pales_kW 8 966 2818 3308 3332 3350 0 Turbines en service 12 28 40 60 80 100 100 Ouverture_m2 600 1400 2000 3000 4000 5000 5000 Vitesse air turb_m/s 50 50 50 50 50 50 50 Rendement turbine 0,600 0,600 0,600 0,600 0,600 0,600 0,600 Pw tot turbine_kW 99 1261 3675 12403 29400 57422 99225 Pw par turbine_kW 8 45 92 207 368 574 992 Pw turb/Pw pales 12,0 1,3 1,3 3,8 8,8 17,1 - la surface totale de passage de l'élément machine est de 5000 m2. le nombre maximum de turbines pouvant être mis en service est de 100. l'extracteur situé en aval n'est pas mis en service, ce système permettant une plus grande extraction d'énergie lors de sa mise en service. 10 Pour une vitesse de vent très inférieure à la vitesse optimale d'une éolienne à pales (9 m/s), la puissance délivrée par les turbines est largement supérieure à celle d'une éolienne à pales due à la possibilité de faire fonctionner un nombre réduit de turbines de petite dimension (par conséquent, avec un meilleur rendement). Pour une vitesse relativement faible du 15 vent, l'énergie fournie par les turbines peut être 5 à 10 fois supérieure à celle produite par une éolienne à pales. Pour une vitesse de vent proche de la vitesse optimale d'une éolienne à pales (9 mis), il y a peu de différence d'énergie produite entre les deux types d'éolienne. Pour une vitesse de vent supérieure à la vitesse optimale d'une éolienne à pales (9 m/s), la 20 puissance délivrée par les turbines est largement supérieure à celle d'une éolienne à pales due à la possibilité de faire fonctionner un nombre important de turbines de petite dimension (par conséquent, avec des contraintes relativement faibles comparées à une5 éolienne à pales conduisant à un bridage de la puissance délivrée par ce type d'éolienne). Pour une vitesse relativement importante du vent, l'énergie fournie par les turbines est largement supérieure (plus de 10 fois) à celle produite par une éolienne à pales. Pour une vitesse du vent supérieure à la vitesse d'arrêt d'une éolienne à pales (environ 20 à 25 m/s), il est possible de capter une puissance proche de 100 MW avec une vitesse du vent de 30 m/s quand les éoliennes à pales sont limitées à 6 MW pour les plus grosses éoliennes. Les turbines entraînant divers types de machines tournantes (alternateurs, compresseurs et pompes) sont mises en service en fonction des besoins du moment avec, par exemple, la mise en service des alternateurs lorsque les conditions de stockage sont satisfaisantes et la demande en électricité relativement importante. A l'inverse, les turbines entraînant des pompes ou des compresseurs sont mises en service lorsque le stockage d'énergie est insuffisant et la demande en électricité est moins importante. 2) Comparaison numérique en fonction d'une distribution de vitesse du vent, entre l'énergie produite par une éolienne à pales conventionnelle et celle d'un système selon l'invention convergent/divergent comportant entre les deux un élément machine regroupant 100 turbines et pouvant fonctionner de façon optimale par tout type de vent. Condition 1: Vent_m/s Probabilité 4 0,5 7 0,25 10 0,12 15 0,0620 0,04 25 0,02 30 0,01 Dans cette condition, une éolienne à pales conventionnelle fournit une puissance moyenne de 998 kW tandis qu'une éolienne composée d'une batterie de turbines fournit une puissance moyenne de 4935 kW, soit une puissance 4,94 fois supérieure. Condition 2: Vent_m/s Probabilité 4 0 7 0,05 10 0,2515 0,4 20 0,25 0,0530 0 Dans cette condition, les puissances moyennes fournies sont de 3076 kW (pales) et 25 16164 kW (multi turbines), soit 5,25 fois plus dans le second cas. Numerical Examples 1) Numerical comparison between an energy production with a conventional blade wind turbine and a system according to the convergent / divergent invention comprising between these two elements, a machine element comprising 100 turbines and operating optimally by any type of turbine. wind. The following hypotheses have been adopted: The area swept by the blades of a wind turbine and that of the inlet of the converging cone is 10000 m2. The efficiency of a conventional blade wind turbine is maximum around 20 9 m / s. It is generally between 0.46 and 0.48. It decreases on both sides of this optimum. In the case of a blade turbine, the power increase is gradually reduced beyond 9 meters and the power is capped beyond 12 m / s. The efficiency of a turbine is close to 0.6 (energy base: kinetic energy at the inlet of the element 10), given the intrinsic efficiency of a turbine and the possibility of adapting the wind speed to the turbine. optimum flow of each turbine by commissioning the optimum number of turbines. Although the efficiency of a turbine can reach 0.9 (or even more for a very large flow), it is deliberately reduced to allow the escape of air at the outlet of the divergent (velocity sufficiently positive if Betz condition). . The efficiency of the turbines takes into account the energy dissipation (friction losses and detachment), the direct drive mode of the downstream machines (no losses resulting from the use of speed multipliers) and the rotation conditions adapted to the machine. AC output without double current conversion (AC / DC / AC). Wind m / s 3 7 10 15 20 25 30 Span yield 0.050 0.460 0.460 0.160 0.068 0.035 0.000 Pw_pales_kW 8 966 2818 3308 3332 3350 0 Turbines in operation 12 28 40 60 80 100 100 Opening_m2 600 1400 2000 3000 4000 5000 5000 Air speed turb_m / s 50 50 50 50 50 50 50 50 Turbine efficiency 0,600 0,600 0,600 0,600 0,600 0,600 0,600 Pw tot turbine_kW 99 1261 3675 12403 29400 57422 99225 Pw by turbine_kW 8 45 92 207 368 574 992 Pw turb / Pw blades 12.0 1.3 1.3 3.8 8.8 17.1 - the total running area of the machine element is 5000 m2. the maximum number of turbines that can be put into service is 100. the downstream extractor is not put into service, this system allowing a greater energy extraction during commissioning. For a wind speed much lower than the optimal speed of a blade turbine (9 m / s), the power delivered by the turbines is much greater than that of a blade turbine due to the possibility of operating a wind turbine. reduced number of small turbines (therefore, with better efficiency). For a relatively low wind speed, the energy provided by the turbines can be 5 to 10 times greater than that produced by a wind turbine. For a wind speed close to the optimum speed of a blade turbine (9 mis), there is little difference in energy produced between the two types of wind turbines. For a wind speed higher than the optimum speed of a blade turbine (9 m / s), the power delivered by the turbines is much greater than that of a blade turbine due to the possibility of operating a number of turbines. A large number of turbines of small size (therefore with relatively low stresses compared to a wind turbine with blades leading to a clamping of the power delivered by this type of wind turbine). For a relatively high wind speed, the energy supplied by the turbines is much greater (more than 10 times) than that produced by a wind turbine. For a wind speed higher than the shutdown speed of a wind turbine (about 20 to 25 m / s), it is possible to capture a power close to 100 MW with a wind speed of 30 m / s when wind turbines are limited to 6 MW for larger wind turbines. Turbines driving various types of rotating machines (alternators, compressors and pumps) are put into service according to the needs of the moment with, for example, the commissioning of alternators when the storage conditions are satisfactory and the demand for electricity relatively important. . Conversely, turbines driving pumps or compressors are put into service when the energy storage is insufficient and the demand for electricity is less important. 2) Numerical comparison according to a wind speed distribution, between the energy produced by a conventional blade wind turbine and that of a system according to the convergent / divergent invention comprising between the two a machine element comprising 100 turbines and can work optimally with any type of wind. Condition 1: Wind_m / s Probability 4 0.5 7 0.25 10 0.12 15 0.0620 0.04 25 0.02 30 0.01 Under this condition, a conventional blade turbine provides an average power of 998 kW while a wind turbine consisting of a battery of turbines provides an average power of 4935 kW, a power 4.94 times higher. Condition 2: Wind_m / s Probability 4 0 7 0.05 10 0.2515 0.4 20 0.25 0.0530 0 Under this condition, the average powers supplied are 3076 kW (blades) and 25 16164 kW (multi-turbines). ), or 5.25 times more in the second case.

Condition 3: 15 Vent_m/s Probabilité 4 0,37 0,2 10 0,05 15 0,25 20 0,15 25 0,0530 0 Dans cette condition, les puissances moyennes fournies sont de 1840 kW (pales) et 10890 kW (multi turbines), soit 5,92 fois plus dans le second cas. Turbine avec rendement volumique atténué: Il est précisé plus haut que, dans un système convergent (concentrateur d'énergie), le rendement (volumique) des turbines est atténué de façon à ne prélever qu'une fraction de l'énergie cinétique du vent et ainsi permettre son évacuation en aval compte tenu du ralentissement de son écoulement. Seule une faible fraction de l'énergie cinétique disponible en amont d'une turbine peut être 10 prélevée. Les deux raisons principales sont les suivantes : un maximum de 60% de l'énergie cinétique disponible en amont 15 (figure 1) du cône d'entrée 10 peut être prélevé au sens de Betz pour permettre l'évacuation de l'air en aval du prélèvement de l'énergie cinétique, l'énergie cinétique présente en aval 16 du cône d'entrée 10 est supérieure à celle 15 présente en amont, dans le rapport des surfaces au carré. Ainsi dans l'exemple précédent avec un rapport des surfaces de 2 (10000 et 5000 m2), l'énergie cinétique disponible en amont des turbines est 4 fois supérieure à celle disponible en amont du cône d'entrée. Par conséquent, il ne peut être capté que le quart des 60% disponible en amont immédiat des turbines soit environ 15% de cette énergie 20 cinétique. Dans le cas d'un rapport des surfaces au niveau du cône d'entrée de 3, l'énergie cinétique en amont immédiat des turbines est 9 fois supérieure à celle disponible en amont du cône d'entrée. Dans ce second cas, il ne peut être prélevé qu'un neuvième des 60% disponible en amont immédiat de la turbine soit environ 6,66% de cette énergie cinétique. 25 Ces deux exemples montrent : que le rendement des turbines est fonction du rapport des aires d'entrée et de sortie. Ce rendement correspond plus à un rendement volumique qu'à un rendement énergétique, seule une partie de l'énergie cinétique étant prélevée et le restant passant au travers des pales de la turbine sans dégradation de l'énergie (sans transformation sous forme d'énergie turbulente), que la conception des aubes des turbines est fonction du rapport des aires d'entrée et de sortie du cône d'entrée de façon à procurer un rendement volumique adapté au rapport des énergies cinétiques. Dans l'exemple numérique comparant l'énergie délivrée par un système multi turbines avec concentrateur d'énergie amont et une éolienne à pales, le rendement des turbines a été choisi à 0,6 (60%). Cette valeur correspond à l'énergie cinétique équivalente prélevée en amont du cône d'entrée. A cet effet, le rendement volumique du rotor correspondant est de 10 15% sur la base de l'énergie cinétique disponible immédiatement en amont du rotor. Trois exemples de rotor de turbine avec différents rendements volumiques sont représentés sur les figures 9a, 9b, 9c: la figure 9a montre un rotor à trois aubes avec rendement volumique moyen, les figures 9b et 9c montrent respectivement un rotor à 3 aubes et un rotor à 6 15 aubes, avec faible rendement volumique. Caractéristiques de l'élément d'extraction d'air 12 (Figures 1, 3, 10a, 10b, 11, 24b) L'air sortant de l'élément turbine par la surface 17 pénètre à l'intérieur du cône de sortie divergent. Au cours de la traversée du cône de sortie, la vitesse d'écoulement est 20 progressivement diminuée et la pression statique de l'air augmentée pour faciliter son évacuation du cône de sortie au travers de la surface 18. Pour faciliter la sortie de l'air, l'angle du cône divergent est limité à une valeur faible, comme il est connu de l'homme du métier, pour limiter les pertes par décollement de la veine. 25 Pour faciliter la sortie de l'air, le cône de sortie est enveloppé d'un second cône 40 (Figure l0a), ce dernier, convergent et d'ouverture orientée dans la direction du vent. L'enveloppe conique présente une surface d'entrée 45 supérieure à celle de l'entrée 15 du cône d'entrée convergent 10 et également supérieure à celle de la sortie 18 du cône de sortie divergent 12. Condition 3: 15 Wind_m / s Probability 4 0.37 0.2 10 0.05 15 0.25 20 0.15 25 0.0530 0 Under this condition, the average powers supplied are 1840 kW (blades) and 10890 kW (multi turbines), 5.92 times more in the second case. Turbine with attenuated volumetric efficiency: It is stated above that, in a convergent system (energy concentrator), the efficiency (volume) of the turbines is attenuated so as to take only a fraction of the kinetic energy of the wind and thus allow its evacuation downstream given the slowing down of its flow. Only a small fraction of the kinetic energy available upstream of a turbine can be removed. The two main reasons are as follows: a maximum of 60% of the available kinetic energy upstream (FIG. 1) of the inlet cone 10 can be taken in the Betz sense to allow the evacuation of the downstream air From the kinetic energy sampling, the downstream kinetic energy 16 of the inlet cone 10 is greater than that present upstream, in the ratio of the areas to the square. Thus in the previous example with a surface ratio of 2 (10000 and 5000 m2), the kinetic energy available upstream of the turbines is 4 times greater than that available upstream of the inlet cone. As a result, only about a quarter of the 60% available upstream of the turbines can be captured, or about 15% of this kinetic energy. In the case of a ratio of the surfaces at the inlet cone of 3, the immediate upstream kinetic energy of the turbines is 9 times greater than that available upstream of the inlet cone. In this second case, only one-ninth of the 60% available immediately upstream of the turbine can be taken, ie about 6.66% of this kinetic energy. These two examples show that the efficiency of the turbines is a function of the ratio of the entry and exit areas. This yield corresponds more to a volume yield than to an energy efficiency, only a part of the kinetic energy being taken and the remainder passing through the blades of the turbine without energy degradation (without transformation in the form of energy turbulent), that the design of the blades of the turbines is a function of the ratio of the entry and exit areas of the inlet cone so as to provide a volume efficiency adapted to the ratio of kinetic energies. In the numerical example comparing the energy delivered by a multi-turbine system with upstream energy concentrator and a blade turbine, the turbine efficiency was chosen at 0.6 (60%). This value corresponds to the equivalent kinetic energy taken upstream of the input cone. For this purpose, the volume efficiency of the corresponding rotor is 10 15% based on the kinetic energy available immediately upstream of the rotor. Three examples of turbine rotor with different volume efficiencies are shown in FIGS. 9a, 9b, 9c: FIG. 9a shows a rotor with three vanes with average volume efficiency, FIGS. 9b and 9c respectively show a rotor with three vanes and a rotor. 6 blades, with low volume efficiency. Characteristics of the air extraction element 12 (Figures 1, 3, 10a, 10b, 11, 24b) The air leaving the turbine element through the surface 17 penetrates inside the divergent exit cone. During the passage of the outlet cone, the flow velocity is progressively decreased and the static pressure of the air increased to facilitate its evacuation of the exit cone through the surface 18. To facilitate the exit of the exit cone air, the angle of the cone divergent is limited to a low value, as known to those skilled in the art, to limit losses by detachment of the vein. In order to facilitate the exit of the air, the exit cone is enveloped by a second cone 40 (FIG. 10 a), the latter cone and opening oriented in the direction of the wind. The conical envelope has an inlet surface 45 greater than that of the inlet 15 of the convergent inlet cone 10 and also greater than that of the outlet 18 of the divergent exit cone 12.

L'air pénétrant par l'entrée 45 de l'enveloppe 40 est dirigé par des conduits 51 vers des éléments 50 diffusant l'air extérieur avec une énergie cinétique élevée vers l'intérieur du cône de sortie en vue de l'entraînement de l'air sortant de l'élément turbine 11 avec une énergie cinétique plus faible. L'air pénètre dans les conduits 51 par des orifices de grande dimension 47 (figure 11). Des orifices de plus petite dimension 46 à la surface de l'entrée 45, comme à la surface de la partie extérieure du cône de sortie 12 permettent l'entrée d'air à l'intérieur de ce cône sans l'utilisation de conduit en vue de l'entraînement de l'air à proximité de la paroi du cône de sortie (figure 10b). The air penetrating through the inlet 45 of the envelope 40 is directed by conduits 51 to elements 50 diffusing the outside air with a high kinetic energy towards the inside of the exit cone for the purpose of driving the air. air leaving the turbine element 11 with a lower kinetic energy. Air enters the ducts 51 through large orifices 47 (FIG. 11). Smaller orifices 46 on the surface of the inlet 45, as on the surface of the outer portion of the exit cone 12 allow the entry of air inside this cone without the use of conduit. view of the air entrainment near the wall of the exit cone (Figure 10b).

Les éléments 50 sont montés à intervalle régulier à l'intérieur du cône de sortie 12. Ils sont alimentés par les conduits 51 et 49 transférant l'air extérieur vers l'intérieur du cône provenant, pour les conduits 51, des parties latérales et, pour les conduits 49, de la partie supérieure du cône de sortie. L'air introduit dans les éléments 50 est redistribué à l'intérieur du cône de sortie au travers d'orifices 48. The elements 50 are mounted at regular intervals inside the outlet cone 12. They are fed by the ducts 51 and 49 transferring the outside air towards the interior of the cone coming, for the ducts 51, from the lateral parts and, for the ducts 49, of the upper part of the exit cone. The air introduced into the elements 50 is redistributed inside the exit cone through orifices 48.

Turbines à rendement volumique non atténué Dans le système décrit ci-dessus, l'air collecté par le concentrateur d'énergie traverse entièrement l'aire balayée par les aubes de turbines. De par sa forme, le concentrateur d'énergie réduit la surface en amont des turbines et, par voie de conséquence, augmente l'énergie cinétique selon l'inverse du carré des aires se situant de part et d'autre du système concentrateur d'énergie. Comme il a été précisé ci-dessus, les turbines sont conçues pour ne capter qu'une très faible partie de l'énergie cinétique disponible immédiatement en amont des turbines de façon à ne pas prélever une énergie supérieure à 60% de l'énergie disponible en amont du cône d'entrée. Les turbines précédentes sont donc conçues avec un très faible rendement volumique. La figure 12 illustre le cas d'un élément comprenant une turbine captant toute l'énergie cinétique disponible en amont de la turbine et une enveloppe 60 définissant une aire 61 d'entrée d'air ne faisant pas l'objet d'un prélèvement d'énergie cinétique. Les flux d'air sont mélangés en aval, le flux externe 62 transmettant une quantité de mouvement au flux interne 63 (sortie de turbine) de façon à permettre l'évacuation des deux flux. Non-Attenuated Volumetric Turbines In the system described above, the air collected by the energy concentrator completely traverses the area swept by the turbine blades. By its shape, the energy concentrator reduces the area upstream of the turbines and, consequently, increases the kinetic energy according to the inverse of the square of the areas lying on either side of the concentrator system. energy. As stated above, the turbines are designed to capture only a very small portion of the kinetic energy available immediately upstream of the turbines so as not to take energy greater than 60% of the available energy upstream of the cone of entry. The previous turbines are designed with a very low volume efficiency. FIG. 12 illustrates the case of an element comprising a turbine capturing all the kinetic energy available upstream of the turbine and an envelope 60 defining an air inlet area 61 not being sampled. 'kinetic energy. The air flows are mixed downstream, the external flow 62 transmitting a momentum to the internal flow 63 (turbine outlet) so as to allow the evacuation of the two flows.

Ainsi, une autre façon de concevoir un système multi turbines avec concentrateur d'énergie consiste à capter l'énergie cinétique totale sur une faible fraction de l'aire se situant en aval du cône d'entrée et en ne prélevant pas d'énergie cinétique sur la fraction complémentaire. Le système multi turbines comprend alors un nombre de turbines relativement limité avec un rendement volumique proche de 100% correspondant à un rendement énergétique voisin de 90%. La quasi totalité de l'énergie cinétique traversant la turbine étant captée par celle ci, un second flux d'air contourne la turbine pour se mélanger avec l'air ralenti en sortie de turbine. En aval de la turbine, le flux d'air ayant traversé la turbine est mélangé à celui ayant contourné la turbine qui restitue au premier une quantité de mouvement permettant l'évacuation de la totalité de l'air prélevé. Le rapport des débits d'air (par conséquent, des énergies cinétiques) interne et externe est déterminé par le rapport des aires d'entrée et sortie (correspondant à l'augmentation d'énergie cinétique suivant l'axe du cône principal d'entrée) mais également par le coefficient de Betz (déterminant la fraction d'énergie cinétique en amont du cône d'entrée pouvant être prélevée) pour permettre l'échappement de l'air au travers du système multi turbines. Les figures 13a, 13b, 13c illustrent respectivement des rotors de turbine avec rendement volumique croissant de la figure 13a à la figure 13c. Le rendement volumique peut être qualifié de moyen sur la figure 13a, tandis qu'il est proche de 100% sur la figure 13c ("solidité" des aubes voisine de 1). La figure 14 illustre un multi assemblage de 6 éléments machine dans lesquels les turbines sont dans une configuration selon la figure 12. Seule une fraction de l'air entrant dans le concentrateur d'énergie traverse les turbines. Ces turbines présentent un rendement volumique élevé de façon à prélever la quasi totalité de l'énergie cinétique immédiatement en amont, le restant de l'air contournant la turbine en vue d'un mélange en aval et de l'évacuation de la totalité de l'air en aval. Une turbine à haut rendement volumique remplace 6 turbines à faible rendement volumique. La figure 15 représente schématiquement un rotor de turbine avec la partie centrale 52 évidée. Ce système permet le passage d'air chargé en énergie cinétique au travers de la partie évidée de façon à faciliter l'entraînement du flux d'air en sortie des aubes, le flux étant ralenti après prélèvement de la quasi totalité de l'énergie cinétique présente en amont de celles-ci. Thus, another way to design a multi-turbine system with energy concentrator is to capture the total kinetic energy on a small fraction of the area located downstream of the input cone and not taking kinetic energy on the complementary fraction. The multi-turbine system then comprises a relatively limited number of turbines with a volume efficiency close to 100% corresponding to an energy yield of about 90%. Since almost all of the kinetic energy passing through the turbine is captured by the latter, a second air flow bypasses the turbine to mix with the air that is slowed down at the turbine outlet. Downstream of the turbine, the flow of air having passed through the turbine is mixed with that having bypassed the turbine which returns to the first momentum allowing the evacuation of all the air taken. The ratio of internal and external airflows (therefore, kinetic energies) is determined by the ratio of the input and output areas (corresponding to the increase in kinetic energy along the axis of the main inlet cone ) but also by the Betz coefficient (determining the fraction of kinetic energy upstream of the inlet cone that can be removed) to allow air to escape through the multi-turbine system. Figs. 13a, 13b, 13c respectively illustrate turbine rotors with increasing volumetric efficiency of Fig. 13a in Fig. 13c. The volume yield can be qualified as means in FIG. 13a, whereas it is close to 100% in FIG. 13c ("solidity" of the blades close to 1). FIG. 14 illustrates a multi-assembly of 6 machine elements in which the turbines are in a configuration according to FIG. 12. Only a fraction of the air entering the energy concentrator passes through the turbines. These turbines have a high volumetric efficiency so as to take up almost all the kinetic energy immediately upstream, the remainder of the air bypassing the turbine for downstream mixing and the evacuation of the whole of the turbine. air downstream. A turbine with high volume efficiency replaces 6 turbines with low volume efficiency. Figure 15 shows schematically a turbine rotor with the central portion 52 recessed. This system allows the passage of air charged with kinetic energy through the recessed portion so as to facilitate the entrainment of the air flow at the outlet of the blades, the flow being slowed down after the removal of almost all the kinetic energy present upstream of these.

Caractéristiques de l'élément col de venturi (référence 113, figure 16) L'élément col de venturi requis pour le captage de l'eau peut être monté seul ou en association avec l'élément machine requis pour une production d'énergie. Characteristics of the venturi neck element (reference 113, FIG. 16) The venturi collar element required for water collection can be mounted alone or in combination with the machine element required for energy production.

L'élément col de venturi est constitué d'un ensemble de cols élémentaires 70 montés en parallèle. Dans la direction transversale à l'écoulement, la forme des cols peut s'apparenter à une forme rectangulaire ou circulaire. L'invention ne se limite toutefois pas à ces configurations géométriques. Dans le cas d'un montage rectangulaire, l'élément principal 113 est constitué d'un ensemble d'éléments 70 avec une section sensiblement carrée. Chaque col élémentaire est éventuellement précédé d'un cône d'adaptation pour faciliter la distribution de l'écoulement entre l'élément concentrateur d'énergie et l'élément venturi. Lors de la traversée du convergent, la vitesse augmente inversement proportionnellement à la surface tandis que la pression statique et la température diminuent selon une loi quasi isentropique reposant sur une quasi conservation de l'énergie transportée par le vent. La chute de température dépend essentiellement de la vitesse du vent à l'entrée 15 de l'élément d'entrée 10 et du rapport des surfaces entre la sortie 16 et l'entrée 15 du convergent 10. Dans la mesure où toutes les turbines et tous les venturis sont mis en service (cas d'une vitesse du vent maximum), la température à l'entrée du venturi est donnée par le rapport 20 des surfaces entre la sortie 16 et l'entrée 15 du convergent 10. Dans la mesure où toutes les entrées des turbines sont fermées (turbines hors service) et tous les venturis élémentaires sont ouverts (cas d'une vitesse du vent moyenne), la température à l'entrée du venturi est donnée par le rapport des surfaces entre l'entrée du venturi 116.a et l'entrée 15 du convergent 10. 25 Dans les cas intermédiaires où seulement une partie des turbines et seulement une partie des venturis sont mises en service, la température à l'entrée des venturis est donnée par le rapport des aires des surfaces 116.a et 116.b (entrée des turbines ù aire complémentaire à 116.a) mises en service et de l'air d'entrée 15 du convergent 10. La figure 17 représente l'évolution de la température à l'entrée des venturis pour deux 30 vitesses du vent à l'entrée de l'élément 10 (courbe 1 : 10 m/s et courbe 2 20 m/s) en fonction du rapport des surfaces (116.a et 116.b mises en service) et 15. Ainsi à l'entrée de l'élément 10, pour une température de 20 °C et : une vitesse de 10 m/s, la température à l'entrée du venturi reste supérieure à 18°C pour un rapport des surfaces supérieur à 0.2 chutant brutalement en deçà de cette valeur. La température est respectivement de 10, 0 et -10°C pour un rapport des surfaces de 0.075, 0.06 et 0.055. une vitesse de 20 m/s, la température à l'entrée du venturi reste supérieure à 18°C pour un rapport des surfaces supérieur à 0.35 chutant brutalement en deçà de cette valeur. La température est respectivement de 10, 0 et -10°C pour un rapport des 10 surfaces de 0.16, 0.12 et 0.11. Compte tenu des conditions requises pour la condensation d'eau, la température à l'entrée des venturis est ajustée en fonction de la vitesse du vent et de la température à l'entrée de l'élément 10 par l'intermédiaire du rapport des surfaces. Ainsi pour une température à l'entrée du venturi trop élevée correspondant soit à une 15 vitesse du vent trop faible, soit à une humidité relative trop faible, soit à une température d'entrée trop élevée à l'entrée de l'élément 10, la section du col est diminuée par la fermeture d'un ou plusieurs cols élémentaires. A L'inverse, pour une température à l'entrée trop faible correspondant soit à une vitesse du vent trop élevée, soit à une humidité relative trop élevée, soit à une température trop faible à l'entrée de l'élément 10, la section du col 20 est augmentée par l'ouverture d'un ou plusieurs cols élémentaires. Comme il est montré sur la figure 17 représentant la chute de température en fonction de la vitesse du vent et du rapport des aires entrée du venturi/entrée du convergent 10, la variation de température, tout d'abord, très lente pour une valeur du rapport des aires élevée 25 (vitesse en sortie relativement éloignée de la vitesse du son) est par la suite très rapide lorsque la valeur du rapport des aires est faible (vitesse en sortie s'approchant de la vitesse du son). De façon à réguler finement la température dans le col du venturi, plusieurs moyens peuvent être utilisés : le col principal est constitué de plusieurs cols élémentaires pouvant être ouverts ou 30 fermés indépendamment les uns des autres,5 les cols élémentaires présentent différentes sections de passage : grande, moyenne et petite pour un réglage grossier, moyen et fin de la température, un ou plusieurs cols secondaires peuvent comprendre des vannes de réglage de façon à régler l'aire de passage. On distinguera deux systèmes de venturi et de capture d'eau : un système essentiellement rectiligne, un système essentiellement incurvé. 10 Canaux venturi 113 et collecte d'eau 114 rectilignes (Figure 18) La fonction de l'élément venturi est de créer une condition favorable à la condensation de l'eau. Toutefois, la condensation de l'eau n'étant pas instantanée, elle ne se produit qu'en très faible quantité dans cet élément. Par ailleurs, il n'est pas souhaitable que la condensation de l'eau se produise dans un canal de faible section d'aire où la vitesse 15 d'écoulement de l'air est très élevée et peu favorable au dépôt des gouttelettes d'eau sur les parois comme à leur croissance. La longueur de l'élément venturi est dimensionnée de façon à ce que la cinétique de la condensation (retard à la condensation) permette la condensation dans la partie aval de l'élément venturi. Cette longueur est, bien entendu, dépendante d'une grande quantité de 20 paramètres connus de l'homme du métier : la température et l'humidité relative à l'entrée de l'élément 10 ainsi que la température à l'entrée du venturi. L'élément venturi 113 peut être composé de cols élémentaires 70 parallélépipédiques. Ils peuvent être également convergents de façon à accentuer l'abaissement de la température le long de l'écoulement favorisant la condensation de l'eau. 25 Contrairement à l'élément 113, l'élément 114 est fortement divergent en vue d'une collecte de l'eau dans cette section. Bien que l'augmentation de la section de passage entraîne une élévation de la température correspondant à une situation d'évaporation d'eau elle même conditionnée par la cinétique à l'évaporation (retard à l'évaporation), la longueur du canal 114 est dimensionnée de façon à ce que l'eau ne puisse s'évaporer de façon significative 30 dans cette section. La longueur de l'élément 114 est déterminée similairement à celle de l'élément 113 de façon à ce que l'évaporation ne se produise que dans la partie aval, voire, en aval de l'élément 114. Comme il est mentionné plus haut, l'élément 113 est dimensionné de façon à ce que la condensation de l'eau (nucléation et croissance des gouttelettes) se produise en aval de l'élément 113 et, par conséquent, dans l'élément 114 avant que la réalisation de l'évaporation ne devienne prépondérante sur la condensation en aval de l'élément 114. A cet effet, l'élément 114 comprend des éléments internes 115 servant au dépôt des gouttelettes ainsi qu'à la collecte de l'eau. La vapeur d'eau sortant de l'élément 113 étant dans une phase de condensation effective et l'air étant fortement ralenti par l'augmentation de la section de passage, les conditions sont alors remplies pour le dépôt et la croissance des gouttelettes sur les parois de l'élément 114, en particulier, sur les parois des éléments 115. Les éléments 115 sont légèrement inclinés par rapport à l'axe des canaux 113 et 114 de façon à ce que l'air 9a ainsi que les gouttelettes transportées par l'air viennent impacter les éléments 115. La figure 19 montre les éléments 115 qui comprennent sur leur surface des rainures 116 dans lesquelles vient s'accumuler l'eau en provenance des gouttelettes ruisselant à la surface des éléments 115. L'eau est collectée à l'intérieur des éléments 115 et évacuée de façon classique par l'intermédiaire de conduits 117 vers l'extérieur des éléments 115 puis de l'élément 114 20 (Figure 20). Canaux venturi 113 et collecte d'eau 114 incurvés (Figure 21a et 21b) La fonction de l'élément venturi est de créer une condition favorable à la condensation de l'eau. Toutefois, la condensation de l'eau n'étant pas instantanée, elle ne se produit qu'en 25 très faible quantité dans cet élément. Comme dans le cas précédent, la longueur de l'élément venturi est dimensionnée de façon à ce que la cinétique de la condensation (retard à la condensation) permette la condensation effective dans sa partie aval. Bien que la quantité d'eau en formation soit relativement faible dans ce premier élément, il est incurvé de façon à créer une force centrifuge bien en amont de l'élément 114 permettant 30 la séparation des fluides de différente densité, l'air et l'eau circulant préférentiellement sur les parties, respectivement, interne et externe du conduit incurvé. The venturi neck element consists of a set of elementary collars 70 connected in parallel. In the direction transverse to the flow, the shape of the necks may resemble a rectangular or circular shape. The invention is however not limited to these geometric configurations. In the case of a rectangular assembly, the main element 113 consists of a set of elements 70 with a substantially square section. Each elementary collar is optionally preceded by an adaptation cone to facilitate the distribution of the flow between the energy concentrator element and the venturi element. During the crossing of the convergent, the speed increases inversely proportionally to the surface while the static pressure and the temperature decrease according to a quasi isentropic law resting on a quasi conservation of the energy transported by the wind. The temperature drop depends essentially on the wind speed at the inlet 15 of the inlet element 10 and the ratio of the surfaces between the outlet 16 and the inlet 15 of the convergent 10. Since all the turbines and all the venturis are put into operation (in the case of a maximum wind speed), the temperature at the inlet of the venturi is given by the ratio of the surfaces 20 between the outlet 16 and the inlet 15 of the convergent 10. where all turbine inputs are closed (turbines out of service) and all elementary venturis are open (case of average wind speed), the temperature at the venturi inlet is given by the ratio of the surfaces between the inlet of the venturi 116.a and the inlet 15 of the convergent 10. In the intermediate cases where only a part of the turbines and only a part of the venturis are put into operation, the temperature at the inlet of the venturi is given by the ratio of surface areas 116.ae t 116.b (entry of turbines with complementary surface at 116.a) put into service and inlet air 15 of convergent 10. FIG. 17 represents the evolution of the temperature at the inlet of the venturis for two 30 wind speeds at the inlet of the element 10 (curve 1: 10 m / s and curve 2 20 m / s) as a function of the ratio of the surfaces (116.a and 116.b put into service) and 15. Thus at the inlet of the element 10, for a temperature of 20 ° C and a speed of 10 m / s, the temperature at the inlet of the venturi remains greater than 18 ° C for a ratio of the surfaces greater than 0.2 falling sharply below this value. The temperature is respectively 10.0 and -10 ° C for a surface ratio of 0.075, 0.06 and 0.055. At a speed of 20 m / s, the temperature at the inlet of the venturi remains greater than 18 ° C for a ratio of the surfaces greater than 0.35 falling abruptly below this value. The temperature is 10.0 ° C and -10 ° C, respectively, for a surface ratio of 0.16, 0.12 and 0.11. Taking into account the conditions required for the condensation of water, the temperature at the inlet of the venturi is adjusted according to the wind speed and the temperature at the inlet of the element 10 via the ratio of the surfaces . Thus, for a temperature at the inlet of the venturi that is too high, corresponding to either a too low wind speed, a too low relative humidity, or a too high inlet temperature of the element 10, the section of the neck is diminished by the closure of one or more elementary necks. Conversely, for an inlet temperature too low corresponding to either a wind speed too high, or too high relative humidity, or a temperature too low at the input of the element 10, the section the neck 20 is increased by the opening of one or more elementary necks. As shown in FIG. 17 representing the temperature drop as a function of the wind speed and the ratio of the inlet / outlet areas of the convergent 10, the temperature variation, first of all, very slow for a value of high area ratio (output speed relatively far from the speed of sound) is then very fast when the value of the area ratio is low (output speed approaching the speed of sound). In order to finely regulate the temperature in the neck of the venturi, several means can be used: the main neck consists of several elementary necks that can be opened or closed independently of each other, the elementary necks have different sections of passage: large, medium and small for a coarse, medium and fine temperature adjustment, one or more secondary necks may include control valves to adjust the passage area. Two systems of venturi and water capture can be distinguished: an essentially rectilinear system, an essentially curved system. 10 straight ducts 113 and 114 straight water collection (Figure 18) The function of the venturi element is to create a favorable condition for the condensation of water. However, the condensation of water is not instantaneous, it occurs in very small amounts in this element. Furthermore, it is undesirable for the condensation of water to occur in a channel of small area where the rate of airflow is very high and unfavorable to the deposition of the droplets. water on the walls as to their growth. The length of the venturi element is dimensioned so that the kinetics of the condensation (condensation delay) allows the condensation in the downstream part of the venturi element. This length is, of course, dependent on a large quantity of parameters known to those skilled in the art: the temperature and the relative humidity at the inlet of the element 10 as well as the temperature at the inlet of the venturi . The venturi element 113 may be composed of parallelepipedic elementary necks 70. They can also be convergent in order to accentuate the lowering of the temperature along the flow promoting the condensation of water. Unlike element 113, element 114 is strongly divergent for the purpose of collecting water in this section. Although the increase in the passage section causes a rise in the temperature corresponding to a situation of water evaporation, which is itself conditioned by the kinetics of evaporation (evaporation delay), the length of the channel 114 is sized so that the water can not evaporate significantly in this section. The length of the element 114 is determined similarly to that of the element 113 so that the evaporation occurs only in the downstream part, or even downstream of the element 114. As mentioned above the element 113 is dimensioned so that the condensation of the water (nucleation and growth of the droplets) occurs downstream of the element 113 and, consequently, in the element 114 before the realization of the Evaporation becomes predominant on the condensation downstream of the element 114. For this purpose, the element 114 comprises internal elements 115 used for the deposition of the droplets and the collection of water. As the water vapor leaving the element 113 is in an effective condensation phase and the air is greatly slowed by the increase of the passage section, the conditions are then met for the deposition and the growth of the droplets on the walls of the element 114, in particular, on the walls of the elements 115. The elements 115 are slightly inclined relative to the axis of the channels 113 and 114 so that the air 9a and the droplets transported by the air 115. FIG. 19 shows the elements 115 which comprise on their surface grooves 116 in which the water coming from the droplets flowing on the surface of the elements 115 is accumulated. The water is collected at the interior of the elements 115 and discharged in a conventional manner through conduits 117 outwardly of the elements 115 and the element 114 (Figure 20). Curved 113 and Curved Water Channels 114 (Figure 21a and 21b) The function of the venturi element is to create a favorable condition for the condensation of water. However, since the condensation of the water is not instantaneous, it occurs only in a very small amount in this element. As in the previous case, the length of the venturi element is dimensioned so that the kinetics of the condensation (condensation delay) allow the effective condensation in its downstream part. Although the amount of water in formation is relatively low in this first element, it is curved so as to create a centrifugal force well upstream of the element 114 allowing the separation of fluids of different density, air and water. preferentially circulating water on the parts, respectively, internal and external of the curved conduit.

Comme mentionné dans le cas de canaux rectilignes, contrairement à l'élément 113, l'élément 114 est fortement divergent en vue d'une collecte de l'eau dans cette section. Bien que l'augmentation de la section de passage entraîne une élévation de la température correspondant à une situation d'évaporation d'eau elle même conditionnée par la cinétique à l'évaporation (retard à l'évaporation), la longueur du canal 114 est dimensionnée de façon à ce que l'eau ne puisse s'évaporer de façon significative dans cette section. La longueur de l'élément 114 est déterminée similairement à celle de l'élément 113 de façon à ce que l'évaporation ne se produise que dans la partie aval, voire, en aval de l'élément 114. Dans les figures 21a et 21b, l'axe principal de la sortie du conduit 114 est parallèle à l'axe principal de l'entrée du conduit 113 mais situé dans un plan différent. Toutefois, sans sortir du cadre de l'invention, ces axes peuvent couvrir toutes les situations allant d'axes non parallèles et dans des plans différents à des axes colinéaires. Effet booster en l'aval de l'élément venturi La condensation de l'eau à l'intérieur du venturi et de l'élément collecte d'eau engendre un transfert de chaleur de la phase condensée (l'eau) vers la phase non condensée (l'air partiellement humide) et, par conséquent, à une augmentation de l'énergie interne de l'air circulant dans ces canaux. La transmission progressive de la chaleur engendre une dilatation de l'air et, par conséquent, une augmentation de la vitesse de passage de l'air dans ces canaux. La figure 26 illustre "l'effet booster" dans le cadre de production d'eau. L'eau condensée au sein des venturis 113 et 114 (condensation et collecte) est extraite du milieu intérieur pour être évacuée vers l'extérieur. Au cours du processus de condensation d'eau, la chaleur latente Hi est libérée et restituée à la phase non condensée. Cette chaleur contribue à augmenter la température du gaz en sortie du venturi, à dilater son volume et, par conséquent, sa vitesse et son énergie cinétique. En conclusion, si le système à venturi ne devait pas subir de pertes de charge et si la surface de la section de sortie était égale à celle de l'entrée, l'énergie potentielle en sortie serait égale à celle de l'entrée tandis que l'énergie cinétique en sortie serait supérieure à celle de l'entrée du fait de la conversion d'une énergie interne en chaleur et de l'absence de pertes. Sur la base de l'hypothèse précédente, une énergie cinétique Ec2 > Ecl contribue à As mentioned in the case of rectilinear channels, unlike the element 113, the element 114 is strongly divergent for the purpose of collecting water in this section. Although the increase in the passage section causes a rise in the temperature corresponding to a situation of water evaporation, which is itself conditioned by the kinetics of evaporation (evaporation delay), the length of the channel 114 is dimensioned so that water can not evaporate significantly in this section. The length of the element 114 is determined similarly to that of the element 113 so that the evaporation occurs only in the downstream part, or even downstream of the element 114. In FIGS. 21a and 21b , the main axis of the outlet of the conduit 114 is parallel to the main axis of the inlet of the conduit 113 but located in a different plane. However, without departing from the scope of the invention, these axes can cover all situations from non-parallel axes and in different planes to collinear axes. Booster effect downstream of the venturi element Condensation of the water inside the venturi and the water collecting element generates a heat transfer from the condensed phase (water) to the non-phase condensed (partially humid air) and, consequently, to an increase in the internal energy of the air circulating in these channels. The gradual transmission of heat causes an expansion of the air and, consequently, an increase in the rate of passage of air in these channels. Figure 26 illustrates the "booster effect" in the water production frame. The condensed water within the venturis 113 and 114 (condensation and collection) is extracted from the internal environment to be discharged to the outside. During the water condensation process, the latent heat Hi is released and returned to the uncondensed phase. This heat contributes to increasing the temperature of the gas leaving the venturi, to expand its volume and, consequently, its speed and kinetic energy. In conclusion, if the venturi system were not subjected to pressure losses and if the exit section area was equal to that of the entrance, the potential energy output would be equal to that of the entrance while the output kinetic energy would be greater than that of the input due to the conversion of an internal energy into heat and the absence of losses. On the basis of the previous hypothesis, a kinetic energy Ec2> Ecl contributes to

faciliter l'écoulement du fluide au travers du venturi (prise en compte des pertes de charge et des pertes par décollement). Exemple: Condensation d'eau Lorsque de l'air contenant de la vapeur d'eau est refroidi, la fraction de vapeur d'eau correspondant à une humidité relative supérieure à 100% condense dans un état d'équilibre thermodynamique. La quantité d'eau condensée est déterminée en fonction de la pression partielle d'eau correspondant à l'état avant refroidissement et celui après refroidissement comme il est connu de l'homme du métier. La figure 22 donne la pression partielle de l'eau (en bar- en ordonnée) en fonction de la température (°C- en abscisse), dans le cas d'une humidité relative de 100%. Considérons une aire de 10000 m2 balayée par un vent avec une vitesse de 20 m/s transportant un air à une température de 35°C et une humidité relative 100%. Dans ces conditions, le volume et la masse d'air sec sont, respectivement, de 190000 m3/s 15 et 245000 kg/s tandis que le volume (état vapeur) et la masse d'eau sèche sont, respectivement, de 10900 m3/s et 8780 kg/s. Si la température est diminuée de 35 à 20°C, le volume (état vapeur) et la masse d'eau sèche sont réduits, respectivement, à 5860 m3/s et 4710 kg/s faisant, par conséquent, condenser environ 4000 kg d'eau dans les conditions d'équilibre. 20 La quantité d'eau condensable dans le système à venturi dépend de la chute en température et, par conséquent, du diamètre du venturi (relativement au diamètre du système concentrateur d'énergie), aux aspects cinétiques liés en grande partie à la longueur du venturi ainsi qu'à l'efficacité du système de captage d'eau. 25 Intégration de l'élément machine et de l'élément col de venturi Les éléments machine et col de venturi en vue de la production, respectivement, d'énergie et d'eau peuvent être intégrés dans le montage en aval du système concentrateur d'énergie. Toutefois, ces éléments peuvent fonctionner simultanément ou indépendamment les uns des autres selon les priorités de fourniture et selon les conditions atmosphériques et de 30 stockage. Quelques exemples ou tendances sont donnés ci-dessous à titre indicatif : facilitate the flow of the fluid through the venturi (taking into account pressure losses and losses by detachment). Example: Water condensation When air containing water vapor is cooled, the fraction of water vapor corresponding to a relative humidity greater than 100% condenses in a state of thermodynamic equilibrium. The amount of condensed water is determined as a function of the partial water pressure corresponding to the state before cooling and that after cooling as is known to those skilled in the art. Figure 22 gives the partial pressure of the water (in bar-ordinate) as a function of the temperature (° C- on the abscissa), in the case of a relative humidity of 100%. Consider an area of 10000 m2 swept by a wind with a speed of 20 m / s carrying air at a temperature of 35 ° C and a relative humidity 100%. Under these conditions, the volume and the mass of dry air are respectively 190000 m3 / s and 245000 kg / s while the volume (vapor state) and the dry water mass are, respectively, 10900 m3 / s and 8780 kg / s. If the temperature is decreased from 35 to 20 ° C, the volume (vapor state) and the dry water mass are reduced to 5860 m3 / s and 4710 kg / s respectively, thereby condensing about 4000 kg of water. water under equilibrium conditions. The amount of condensable water in the venturi system depends on the drop in temperature and, therefore, the venturi diameter (relative to the diameter of the energy concentrator system), the kinetic aspects largely related to the length of the venturi system. venturi and the efficiency of the water collection system. Integration of the machine element and the venturi element The machine elements and venturi neck for the production of energy and water, respectively, can be integrated into the downstream assembly of the concentrator system. energy. However, these elements can operate simultaneously or independently of each other depending on the supply priorities and on the atmospheric and storage conditions. Some examples or trends are given below as an indication:

par vent faible, un seul élément (ou une partie d'un élément) sera mis en fonctionnement pour la fourniture soit d'une faible quantité d'eau soit d'une faible quantité d'énergie. Par vent très élevé, il pourra être envisagé de faire fonctionner les deux (ou une partie des deux) simultanément. par température élevée et humidité relative élevée, il pourra être avantageux de donner la priorité au système de production d'eau et dans le cas contraire au système de production d'énergie. un fort stockage d'air et un faible stockage d'eau pourra conduire au fonctionnement du système de production d'eau et dans le cas contraire au système de production d'énergie. La figure 23 montre en vue de face un élément concentrateur d'énergie en direction de l'élément turbine 11 et de l'élément venturi 113 composés d'éléments 70 disposés au centre de l'élément turbine. Les figures 24a et 24b montrent en vue de coupe longitudinale des éléments concentrateur d'énergie 10, machines 11, venturis 113 et collecteur d'eau 114. La vue représente un ensemble de machines et de cols montés sous la forme d'un cône en aval de l'élément concentrateur d'énergie de façon à faciliter l'écoulement de l'extérieur vers l'intérieur de l'élément concentrateur d'énergie et plus particulièrement, lorsque les venturis sont les seuls en fonctionnement (turbines hors service). in light wind, only one element (or part of an element) will be operated for the supply of either a small amount of water or a small amount of energy. In very high winds, it may be considered to operate both (or part of both) simultaneously. by high temperature and high relative humidity, it may be advantageous to give priority to the water production system and in the opposite case to the energy production system. a strong air storage and a low water storage can lead to the operation of the water production system and, in the opposite case, to the energy production system. FIG. 23 shows in front view an energy concentrator element towards the turbine element 11 and the venturi element 113 composed of elements 70 arranged in the center of the turbine element. FIGS. 24a and 24b show, in longitudinal sectional view, energy concentrator elements 10, machines 11, venturis 113 and water collector 114. The view represents a set of machines and collars mounted in the form of a cone downstream of the energy concentrator element so as to facilitate the flow of the outside to the inside of the energy concentrator element and more particularly, when the venturis are the only ones in operation (turbines out of service).

Caractéristiques des unités de stockage et de déstockage Le stockage de l'énergie peut être réalisé à partir d'un stockage d'air haute pression. Ce système de stockage peut être réalisé à partie de tubes soudés entre eux (figure 25) ou de réservoirs haute pression. Le déstockage de l'air et donc de l'énergie peut s'effectuer dans des turbines en vue de la production d'électricité par vent faible. Le stockage de l'énergie ainsi que son déstockage peut s'effectuer sous de nombreuses autres formes au travers : d'un stockage de l'électricité dans des batteries, - d'une production d'hydrogène stocké tout comme l'air dans des réservoirs haute pression, le déstockage s'effectuant à l'aide de piles à combustible, du transfert d'un fluide en circuit fermé d'un réservoir basse pression vers un réservoir haute pression, d'un stockage de chaleur dans des matériaux à changement de phase. La barge peut également comprendre une unité de stockage d'eau obtenue par condensation au travers de venturis. Le déstockage de l'eau s'effectue par transfert à l'aide d'une pompe dans un pipeline ou dans un tanker. Characteristics of Storage and Destocking Units Storage of energy can be achieved from a high pressure air storage. This storage system can be made from tubes welded together (Figure 25) or high pressure tanks. The destocking of air and therefore energy can be done in turbines for the production of electricity in light wind. The storage of energy as well as its destocking can take place in many other forms through: storage of electricity in batteries, - production of stored hydrogen just like air in batteries. high-pressure tanks, retrieval using fuel cells, transfer of a closed-loop fluid from a low pressure tank to a high pressure tank, heat storage in change materials phase. The barge may also include a water storage unit obtained by condensation through venturis. The destocking of the water is carried out by transfer using a pump in a pipeline or in a tanker.

Claims (10)

REVENDICATIONS1) Barge pour la production d'énergie, caractérisé en ce qu'elle comporte un dispositif concentrateur d'énergie éolienne en forme de convergent (10) dont la sortie (16) communique avec: a. l'entrée d'un élément machine (11) comportant une pluralité de turbines de captation de l'énergie éolienne, b. l'entrée d'un élément de condensation (113) comportant une pluralité de cols de venturi montés en parallèle. CLAIMS1) Barge for the production of energy, characterized in that it comprises a convergent-shaped wind energy concentrator device (10) whose output (16) communicates with: a. the input of a machine element (11) having a plurality of turbines for capturing wind power, b. the inlet of a condensing element (113) having a plurality of venturi collars connected in parallel. 2) Barge selon la revendication 1, dans laquelle les turbines et les cols sont assemblés pour former la section de sortie dudit concentrateur convergent. The barge of claim 1, wherein the turbines and collars are assembled to form the outlet section of said convergent hub. 3) Barge selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle une partie de l'air du concentrateur est dévié en amont desdits cols et turbines vers l'aval pour activer des moyens d'extraction d'air. 3) barge according to one of claims 1 or 2, wherein a portion of the concentrator air is deflected upstream of said necks and turbines downstream to activate air extraction means. 4) Barge selon l'une des revendications 1 à 2, dans laquelle la sortie de l'élément machine communique avec l'entrée d'un extracteur d'air en forme de divergent (12). 4) Barge according to one of claims 1 to 2, wherein the output of the machine member communicates with the inlet of a divergent air extractor (12). 5) Barge selon la revendication 4, dans laquelle ledit extracteur d'air est entouré d'un convergent (40) de façon à diffuser un courant d'air dans ledit extracteur d'air. 5) barge according to claim 4, wherein said air extractor is surrounded by a convergent (40) so as to diffuse a stream of air into said air extractor. 6) Barge selon l'une des revendications précédentes, comportant des moyens de contrôle et de commande du fonctionnement des turbines et/ou des cols en fonction de la vitesse du vent. 6) barge according to one of the preceding claims, comprising means for controlling and controlling the operation of the turbines and / or collars depending on the wind speed. 7) Barge selon l'une des revendications précédentes, comportant des moyens de captage de l'eau condensée disposés en sortie des cols de venturi. 7) Barge according to one of the preceding claims, comprising means for collecting condensed water disposed at the outlet of the venturi necks. 8) Barge selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle lesdites turbines actionnent directement des compresseurs de gaz. 8) barge according to one of the preceding claims, wherein said turbines directly operate gas compressors. 9) Barge selon l'une des revendications précédentes, comportant des moyens de stockage du gaz comprimé et des moyens de stockage de l'eau captée. 9) Barge according to one of the preceding claims, comprising means for storing the compressed gas and means for storing the collected water. 10) Barge selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle des réfrigérants du gaz comprimé sont disposés dans le flux éolien de façon à restituer une partie del'énergie éolienne sous forme de chaleur à l'air en sortie des turbines afin d'augmenter l'extraction de l'air. 10) barge according to one of the preceding claims, wherein refrigerants of the compressed gas are disposed in the wind stream so as to restore a portion of the wind energy in the form of heat to the air at the outlet of the turbines to increase the extraction of air.
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