10 15 20 CHEMINEE SOLAIRE EN TISSU SOULEVEE PAR UN TORE REMPLI DE GAZ PLUS LEGER QUE L'AIR 1. ETAT ACTUEL DE LA TECHNIQUE Dans l'état actuel de la technique des chercheurs essayent de mettre au point un ensemble, portant souvent la dénomination de "Usine Solaire", destinée à produire une énergie pure et renouvelable grâce à la chaleur du soleil. Les nombreuses recherches effectuées, tout en faisant des progrès indiscutables, n'ont pas encore abouti à obtenir un ensemble suffisamment fiable et économiquement rentable. La "Usine Solaire" est essentiellement composée d'une Cheminée Solaire (1) produisant le tirage nécessaire au fonctionnement de l'installation, d'un collecteur (2) qui a le rôle d'une serre ouverte aussi bien vers l'extérieur (10) que vers la base de la Cheminée Solaire(11), et d'une turbine (3) qui produit l'énergie constituant l'objectif de l'installation. Fig. 1 Le collecteur (2), composé d'une couverture transparente constituée de verre armé ou tout autre matériau transparent est posé sur des poteaux ayant une hauteur d'au moins 2 mètres. Le sol de la serre, chauffé par le soleil, chauffe à son tour l'air qui devient plus léger et se dirige vers la base de la cheminée puis vers son sommet créant un tirage proportionnel au gradient thermique c'est à dire à la différence de température entre l'air chaud de la serre et l'air froid au sommet de la cheminée. Ce tirage est généralement connu sous la dénomination de « effet de cheminée ». Plus haute est la cheminée, plus froid est l'air à son sommet et plus important est le tirage. D'où le désir de construire des cheminées aussi hautes (mais aussi chères) que possible. 10 15 20 25 L'énergie est produite par le tirage de l'air montant qui passe à travers les ou la turbine (3) et fait tourner ses hélices horizontales ou verticales à la base de la cheminée. Afin de pouvoir réaliser une cheminée de grande hauteur, à défaut d'une autre meilleure solution, les préférences vont vers le béton armé lourd, cher, difficile à ériger quand il s'agit de construire des cheminées hautes (de 500 à 1500 mètres) et nécessitant une fondation onéreuse. Il faut, pour construire une Cheminée (1) rentable, que la température du sol à la base soit suffisamment chaude et que la température de l'air ambiant au sommet soit suffisamment froide. En conséquence il faut: a. Que le site choisi pour la construction soit suffisamment chaud. b. Que la cheminée soit suffisamment haute. Un seul prototype de "Cheminée Solaire" a été construit en Espagne, à Manzanares en 1981 mais il a été abandonné en 1989 étant donné la difficulté d'amortissement du coût des constructions et de sa rentabilité réduite. Cependant, la cheminée de Manzanares, construite en béton armé, a démontré la faisabilité de l'installation de l'ensemble de "l'Usine Solaire" et a apporté des nouveaux renseignements pour des recherches supplémentaires. En tout état de cause il semble déraisonnable de dépenser des sommes importantes pour construire des cheminées de très grande hauteur avec un matériau lourd tel que le béton armé et de prévoir une fondation coûteuse, quand le seul but est de transporter de l'air propre. Actuellement les chercheurs essayent d'obtenir une énergie propre et inépuisable dégagée par le soleil, en inventant d'autres structures. Une récente idée consiste à construire la Cheminée en tissu industriel (toile) et de profiter de sa légèreté. Ainsi, au lieu de la poser sur une fondation coûteuse et difficile à exécuter (tout au moins en certains endroits), autant de la soulever à l'aide d'un ballon ayant une forme proche du tore, rempli de gaz plus léger que l'air. C'est l'objectif de la présente invention. 10 15 20 10 15 20 SOLAR FIREPLACE IN TISSUE RAISED BY A TORE FILLED WITH GAS LIGHTER THAN AIR 1. CURRENT STATE OF THE ART In the present state of the art, researchers are trying to develop a set, often bearing the name of "Solar Plant", intended to produce a pure and renewable energy thanks to the heat of the sun. The many studies carried out, while making indisputable progress, have not yet resulted in a sufficiently reliable and economically profitable set. The "Solar Plant" is essentially composed of a Solar Fireplace (1) producing the draft necessary for the operation of the installation, a collector (2) which acts as an open greenhouse to the outside ( 10) only to the base of the Solar Fireplace (11), and a turbine (3) which produces the energy constituting the objective of the installation. Fig. 1 The collector (2), consisting of a transparent cover made of reinforced glass or other transparent material is placed on posts having a height of at least 2 meters. The floor of the greenhouse, heated by the sun, in turn heats the air which becomes lighter and goes to the base of the chimney and then to its top creating a draw proportional to the thermal gradient ie the difference temperature between the warm air of the greenhouse and the cold air at the top of the chimney. This print is generally known as the "chimney effect". The higher the chimney, the colder is the air at its top and the more important is the draw. Hence the desire to build chimneys as high (but as expensive) as possible. The energy is produced by drawing the rising air passing through the turbine (3) and rotating its horizontal or vertical propellers at the base of the chimney. In order to be able to build a high chimney, in the absence of another better solution, the preferences go towards heavy reinforced concrete, expensive, difficult to erect when it comes to building high chimneys (from 500 to 1500 meters) and requiring an expensive foundation. In order to build a cost-effective Chimney (1), the floor temperature at the base must be sufficiently hot and the temperature of the ambient air at the top must be sufficiently cold. Accordingly, it is necessary: a. That the site chosen for the construction is sufficiently hot. b. That the chimney is high enough. Only one prototype of "Solar Fireplace" was built in Spain, in Manzanares in 1981 but it was abandoned in 1989 because of the difficulty of depreciation of the cost of the constructions and its reduced profitability. However, the Manzanares chimney, built of reinforced concrete, demonstrated the feasibility of installing the entire "Solar Plant" and brought new information for further research. In any case, it seems unreasonable to spend large sums of money to build very tall chimneys with heavy material such as reinforced concrete and to provide an expensive foundation when the only purpose is to carry clean air. Currently researchers are trying to obtain clean and inexhaustible energy released by the sun, inventing other structures. A recent idea is to build the fireplace in industrial fabric (canvas) and enjoy its lightness. Thus, instead of laying it on a foundation that is expensive and difficult to execute (at least in some places), as much to lift it with a balloon having a shape close to the torus, filled with gas lighter than the 'air. This is the purpose of the present invention. 10 15 20
2. ELEMENTS CONSTITUTIFS DE LA CHEMINEE SOLAIRE SOULEVEE PAR UN GAZ PLUS LEGER QUE L'AIR. CONCEPTION DE L'OUVRAGE 2. CONSTITUENT ELEMENTS OF THE SOLAR CHIMNEY RAISED BY A GAS LIGHT THAN AIR. DESIGN OF THE WORK
Toutes les constructions de grande hauteur telles que les cheminées, les gratte-ciels, les antennes, les réfrigérants atmosphériques, etc. sont conçus et construits en béton armé ou/et métal. Par mimétisme, les cheminées solaires ont été conçues dans les mêmes matériaux. La structure faisant l'objet de présente invention est constituée, dans sa plus grande partie, d'autres éléments. 2.1. LE TISSU INDUSTRIEL (5) D'autres matériaux existent, dont les avantages rendent les Cheminées Solaires plus faciles à concevoir et moins coûteuses par rapport aux structures mentionnées. La présente demande de brevet fait la description succincte de ces matériaux, dont le tissu industriel pourrait être le plus utilisé, et analyse les avantages qu'ils apporteraient aux cheminées traditionnelles. Le fût réalisé en tissu industriel est facile à exécuter par rapport à celui en béton armé ou autre matériau lourd. Après la construction de la structure métallique le tissu l'enveloppe et réalise une cheminée tout à fait comparable à celles construites en béton armé dans la mesure où le tirage s'effectue convenablement aucune fuite n'étant admise, sauf, bien entendu, en cas de désordre imprévisible. Parmi les avantages apportés par le tissu industriel on peut citer: - L'air qui produit le tirage par "effet de cheminée" étant pratiquement pur, le fût en tissu industriel n'a pas besoin de revêtement (par exemple revêtement en briques). - Il n'est pas nécessaire que le fût soit parfaitement vertical sous l'action du vent; des légères déformations sont tout à fait acceptables. 10 15 20 25 All tall buildings such as chimneys, skyscrapers, antennas, atmospheric refrigerants, etc. are designed and constructed of reinforced concrete and / or metal. By mimicry, the solar chimneys were designed in the same materials. The structure which is the object of the present invention consists, for the most part, of other elements. 2.1. INDUSTRIAL FABRIC (5) Other materials exist, the advantages of which make solar chimneys easier to design and less expensive compared to the mentioned structures. The present patent application provides a brief description of these materials, the industrial fabric of which could be used the most, and analyzes the advantages they would bring to traditional fireplaces. The barrel made of industrial fabric is easy to perform compared to that of reinforced concrete or other heavy material. After the construction of the metal structure the fabric envelops it and makes a chimney quite comparable to those built in reinforced concrete to the extent that the draw is carried out suitably no leak is admitted, except, of course, in case unpredictable disorder. Among the advantages provided by the industrial fabric include: - The air that produces the draft by "chimney effect" being virtually pure, the drum in industrial fabric does not need coating (eg brick lining). - It is not necessary for the drum to be perfectly vertical under the action of the wind; slight deformations are quite acceptable. 10 15 20 25
- Le fût peut être déchiré sans poser des problèmes dans un ou plusieurs endroits à condition que les dites déchirures soient de faible importance et qu'elles puissent être réparées relativement rapidement. 2.2. LA STRUCTURE METALLIQUE (9) La structure métallique assure la verticalité de la cheminée. Elle est constituée d'une ou deux rangées de fer à béton ou de tubes, le cas échéant liées entre elles, dont l'ensemble forme un polygone (avec 8 à 10 côtés), proche d'un cylindre. Pour des cheminées de grande hauteur les tubes sont préférés aux armatures métalliques pleines, lourdes et difficiles à manier. Par ailleurs l'ensemble formé de deux rangées accroît la rigidité de la structure métallique. Tous les 15 à 25 mètres un acier béton polygonal quasi circulaire en relie entre elles les rangées de tubes en plan horizontal. Par ailleurs, des éléments métalliques en forme de croix de Saint André renforce la stabilité de la structure 2.3. LE TORE REMPLI DE GAZ PLUS LEGER QUE L'AIR (6) Un tore est un solide géométrique représentant un tube annulaire renfermé sur lui-même. Une chambre à air, une bouée, un anneau sont des exemples de tores. Dans le cas des Cheminées Solaires le tore est rempli de gaz plus léger que l'air (par exemple hélium) destiné à soulever l'ouvrage. Evidemment, une enveloppe (13) emprisonne le gaz. Une idée nouvelle est celle de mettre à profit la légèreté de la Cheminée Solaire due à son exécution en tissu industriel (ou toile) pour construire des cheminées portées par des tores remplis de gaz plus léger que l'air, généralement utilisés pour concevoir des ballons, montgolfières et dirigeables. Conséquence: la cheminée ne comporte pas de fondation. Il est conseillé de concevoir un tore avec plusieurs compartiments constituant une prévision en vue d'éventuelles fuites. 10 15 20 25 En ce qui concerne le poids de la cheminée par rapport à celui du tore, un calcul doit être effectué ayant pour objectif d'établir, autant que possible, un équilibre entre le poids propre de la cheminée d'une pan et la force de soulèvement du tore. Si cet équilibre peut être trouvé il en résulte qu'une fondation est théoriquement inutile. Une dalle en béton de faible épaisseur est conseillée à titre de prévision (7). Le tore est fixé à la structure métallique (9) par colle de bâtiment, soudure (dans ce cas on doit prévoir une plaque métallique sur la face du tore plaquée sur la structure métallique) ou tout autre moyen de fixation (82, 2.4. LES HAUBANS (4) Les éventuelles forces horizontales, surtout le vent, doivent être équilibrées par des structures autres que la structure métallique (9). De telles structures peuvent être les haubans formés de câbles dont l'épaisseur est calculable. Le cas échéant, pour des cheminées de grande hauteur le câble constituant un hauban peut être remplacé par une structure métallique plus résistante susceptible d'équilibrer les efforts de traction. Il est suggéré de prévoir trois haubans (ou trois rangées de haubans). Plus de trois rangées de haubans conduisent, en fonction de la nature du sol, à des tassements différentiels difficiles à évaluer. Bien entendu, des fondations isolées (12) sont à prévoir pour les haubans. - The drum can be torn without causing problems in one or more places provided that said tears are of minor importance and can be repaired relatively quickly. 2.2. THE METAL STRUCTURE (9) The metal structure ensures the verticality of the chimney. It consists of one or two rows of concrete reinforcing bars or tubes, possibly joined together, all of which form a polygon (with 8 to 10 sides), close to a cylinder. For high chimneys the tubes are preferred to solid metal frames, heavy and difficult to handle. Moreover, the assembly formed of two rows increases the rigidity of the metal structure. Every 15 to 25 meters a quasi-circular polygonal concrete steel connects the rows of tubes in horizontal plane. In addition, metal elements in the form of Saint Andrew's cross strengthen the stability of the structure 2.3. THE TORE FILLED WITH GAS LIGHT THAN AIR (6) A torus is a geometric solid representing an annular tube enclosed in itself. An inner tube, a buoy, a ring are examples of tori. In the case of solar chimneys the torus is filled with gas lighter than air (for example helium) intended to lift the structure. Obviously, an envelope (13) traps the gas. A new idea is to take advantage of the lightness of the Solar Fireplace due to its execution in industrial fabric (or canvas) to build chimneys carried by tori filled with gas lighter than air, generally used to design balloons , balloons and airships. Consequence: the chimney has no foundation. It is advisable to design a torus with several compartments as a prediction for possible leaks. With regard to the weight of the stack in relation to that of the torus, a calculation must be made with the objective of establishing, as far as possible, a balance between the self-weight of the chimney of a pan and the lifting force of the torus. If this balance can be found it follows that a foundation is theoretically useless. A slab of thin concrete is recommended for the purpose of forecasting (7). The torus is fixed to the metal structure (9) by building glue, welding (in this case a metal plate must be provided on the face of the torus plated on the metal structure) or any other means of attachment (82, 2.4. HAUBANS (4) Any horizontal forces, especially the wind, must be balanced by structures other than the metal structure (9) Such structures may be cable-stays of which the thickness is calculable. high-rise chimneys the cable constituting a stay can be replaced by a stronger metal structure capable of balancing the traction forces It is suggested to provide three stays (or three rows of stays) More than three rows of stays , depending on the nature of the soil, differential settlements difficult to evaluate.If of course, isolated foundations (12) are expected for the guys.
3. EXECUTION DE LA CHEMINEE SOLAIRE. PRESENTATION DES FIGURES Bien entendu, plusieurs méthodes d'exécution peuvent être envisagées, en fonction de la nature et le prix des matériaux utilisés, des possibilités de transport, des besoins plus ou moins grands des promoteurs, etc. Ci-dessous, une des possibilités d'exécution est suggérée. 10 15 20 25 Fig. 1. Principe de fonctionnement de l'Usine Solaire comprenant la Cheminée Solaire (1), le Collecteur (2) et la Turbine (3). Seule la Cheminée Solaire (1) fait l'objet de la présente demande de brevet. Le croquis dessiné en la figure 1 est destiné à donner une idée d'ensemble de l'Usine dont la Cheminée Solaire (1) en fait partie. La Cheminée Solaire (1) est constituée en matériau léger, par exemple en tissu industriel. Fig.2. Première étape de construction. Le tore (6), l'enveloppe (13) aussi bien que le cylindre métallique (14) destinés à fixer le tore à la partie supérieure de la cheminée sont mis en place. Le gaz plus léger que l'air est introduit dans le tore. Une première partie de la structure métallique (9) est posée sur la dalle (7) de la Cheminée Solaire (1) sans en être fixée. Entre la structure métallique et la dalle, une plaque de caoutchouc ou des ressorts peuvent être prévus. Fig. 3. Coupe verticale dans l'ensemble constitué de la première partie de la structure métallique (9) et le tore représentés en Fig. 2. Fig. 4. La structure métallique (9) et le tore (6) sont définitivement mis en place. On représente l'élévation. Fig. 5. Coupe verticale dans l'ensemble constitué de la totalité de la structure métallique (9) et du tore (6) représentés en Fig. 4. Les haubans, souples, sont constitués de câbles métalliques. Fig. 6. Il s'agit d'une variante de la structure présentée en Fig. 5, les câbles étant remplacés par des structures métalliques rigides. Fig. 7. La structure métallique (9) est enveloppée de tissu industriel (5). L'exécution est terminée. Fig. $. Coupe horizontale proche de la partie médiane de la Cheminée Solaire Fig. 9. Coupe horizontale dans le tore (6). Fig. 10. Représentation des haubans (4) vus de haut en bas. Trois rangées de haubans est, en principe, judicieux.. Néanmoins, chaque cas doit être examiné en fonction des caractéristiques du sol. 10 15 20 4. POSSIBILITE D'APPLICATION INDUSTRIELLE Les éléments constituant "L'Usine Solaire" les tunnels, sont généralement connus et utilisés depuis longtemps pour des raisons diverses à échelle industrielle. L'invention consiste à réunir l'ensemble des ouvrages cités pour un objectif nouveau et innovant destiné -à la production de l'énergie pure et renouvelable. 3. EXECUTION OF THE SOLAR CHIMNEY. PRESENTATION OF THE FIGURES Of course, several methods of execution can be envisaged, according to the nature and the price of the materials used, the possibilities of transport, the more or less big needs of the promoters, etc. Below, one of the possibilities of execution is suggested. FIG. 1. Principle of operation of the Solar Plant including the Solar Fireplace (1), the Collector (2) and the Turbine (3). Only the Solar Fireplace (1) is the subject of the present patent application. The sketch drawn in Figure 1 is intended to give an overall idea of the Factory whose Solar Fireplace (1) is part of it. The Solar Fireplace (1) is made of lightweight material, for example industrial fabric. Fig.2. First stage of construction. The torus (6), the casing (13) as well as the metal cylinder (14) for fixing the torus to the upper part of the chimney are put in place. Gas lighter than air is introduced into the torus. A first part of the metal structure (9) is placed on the slab (7) of the Solar Fireplace (1) without being fixed. Between the metal structure and the slab, a rubber plate or springs may be provided. Fig. 3. Vertical section in the assembly consisting of the first part of the metal structure (9) and the torus shown in FIG. 2. Fig. 4. The metal structure (9) and the torus (6) are permanently set up. We represent the elevation. Fig. 5. Vertical section in the assembly consisting of the entire metal structure (9) and torus (6) shown in FIG. 4. Flexible stay cables consist of wire ropes. Fig. 6. This is a variant of the structure shown in FIG. 5, the cables being replaced by rigid metal structures. Fig. 7. The metal structure (9) is wrapped in industrial fabric (5). The execution is complete. Fig. $. Horizontal section near the middle part of the Solar Fireplace Fig. 9. Horizontal section in the torus (6). Fig. 10. Representation of the stays (4) seen from top to bottom. Three rows of stays are, in principle, judicious .. Nevertheless, each case must be examined according to the characteristics of the soil. 10 15 20 4. POSSIBILITY OF INDUSTRIAL APPLICATION The elements constituting "The Solar Plant" tunnels, are generally known and used for a long time for various reasons on an industrial scale. The invention consists in bringing together all the works cited for a new and innovative objective intended for the production of pure and renewable energy.
5. LISTE DES REFERENCES (1). Cheminée Solaire (2). Collecteur (3). Turbine (4). Haubans (5). Tissu industriel (6). Tore rempli de gaz plus léger que l'air (7). Dalle pour la pose de 1a Cheminée Solaire (8). Plaque métallique du tore soudée à la structure métallique (9). Structure métallique soutenant la Cheminée Solaire (10). Ouverture du Collecteur vers l'extérieur (11). Ouverture du Collecteur vers l'intérieur (12). Fondations des haubans (13). Enveloppe du tore 5. LIST OF REFERENCES (1). Solar Fireplace (2). Collector (3). Turbine (4). Shrouds (5). Industrial fabric (6). Torus filled with gas lighter than air (7). Slab for laying the Solar Fireplace (8). Metal plate of the torus welded to the metal structure (9). Metal structure supporting the Solar Fireplace (10). Collector opening to the outside (11). Opening the Collector inward (12). Foundations of shrouds (13). Torus envelope