FR3021372A1 - Amplificateur de celerite pour fluides - Google Patents

Abstract

Le plus couramment l'équipement sera constitué pour l'essentiel par un système rigide et éventuellement avec des composants mobiles tels par exemple des pyramides ou des cônes tronqués ou encore avec un système multi faces. Cet équipement est ouvert à chaque extrémité. Dans le cas général les fluides s'introduisent naturellement par l'ouverture disposant de l'aire la plus grande à une vitesse V1, du fait de la géométrie du système il y a compression et au final pour des vitesses d'éjection inférieures ou voisines de 110 mètres par seconde, la vitesse d'éjection du fluide aval V 2 est environ multipliée par le rapport inverse des aires entrée et sortie. Au final la vitesse de sortie est nettement avantageuse pour l'élaboration des équipements nécessitant l'énergie d'un fluide par exemple les éoliennes. L'équipement a de plus été conçu tel que par exemple la compression soit variable avec des équipements adaptés c'est-à-dire la célérité en aval peut être variable et sous certaines conditions être stabilisée quel que soit la célérité du fluide incident. Nous avons prévu éventuellement des capteurs de position sur les éléments mobiles, et également des capteurs de vitesse amont et aval le tout relié par exemple à un régulateur qui pilote des actuateurs électriques, hydrauliques ou encore pneumatiques. Les applications peuvent être multiples et en particulier pour les éoliennes classiques ou encore des éoliennes à effet de trainée.

Description

La présente invention a pour objet de définir un équipement dont les composants permettent de faire varier la vitesse tout le long du passage de l'équipement et en particulier de magnifier ladite vitesse afin de parvenir à un niveau de célérité susceptible de générer selon les lois de l'aérodynamisme des qualités peu ou non égalées dans le domaine de la production d'énergie avec un apport thermique nul ou réduit. L'équipement est susceptible éventuellement de réduire une célérité excessive, voire d'assurer l'occlusion totale ou partielle du système dans le but de rendre inapte l'équipement suiveur ou pour intervention humaine. Le champ d'application de cette proposition concerne pour l'essentiel des gaz à température ambiante et en particulier de l'air destiné ainsi à être compressé sans coût énergétique majeur. L'état de la technique sur ce procédé porte essentiellement par exemple sur les turboréacteurs des moteurs aéronautiques de poussée élevée pour usage militaire pour l'essentiel. La technologie de ces produits est totalement différente car dans cette exploitation les composants doivent avoir une tenue en température élevée et les vitesses d'éjection des gaz est habituellement très élevée, de plus ces gaz sont un mélange de carburant brulé dans les chambres à combustion du moteur, avec de l'air fortement compressé et nécessitant un apport d'oxygène afin d'initier la combustion. Dans notre proposition le champ d'application est totalement différent, puisque généralement nous n'aurons pas d'apport d'énergie extérieure, et la compression du gaz admis est simplement l'exploitation d'un système de Venturi adapté à notre besoin, simplifié pour accéder à des facilités de compression variable et acceptant des molécules simples telle que de l'air ambiant. Nous devons indiquer que pour des vitesses de l'écoulement inférieures à environ 30 % de la vitesse du son, nous pouvons exécuter nos calculs avec une bonne approche comme si le fluide était quasi incompressible. La charge de l'écoulement supposée constante le long de l'écoulement peut s'exprimer selon le théorème de Bernoulli que nous pouvons écrire : p/p + g*z + c2/2 = Constante avec les variables suivantes : p pression statique en Pascal, p masse volumique du fluide en kilogramme masse par mètre cube, g la gravité locale en mètres/seconde2, z l'altitude en mètres, c la célérité du gaz en mètres/seconde. Cette équation de Bernoulli peut encore s'exprimer sous la forme : e2 / (2 * g) + z + p / (p * g) = Constante avec les mêmes unités. Plus simplement nous pouvons écrire Pt = p + p*c2/2, pt est la pression totale de l'écoulement qui est admise constante, p est la pression statique de l'écoulement et p*c2/2 représente la pression dynamique. La pression statique est réduite mais notre intérêt porte sur la pression totale admise constante dans ces conditions. Nous rappelons également que le nombre de Reynold est de la forme Re = c * 1 / u avec c célérité locale de l'ambiant en mètres/seconde, 1 une dimension caractéristique du profil soumis à l'écoulement en mètres, u la viscosité cinématique du fluide en mètres carrés par seconde.

L'effet Venturi nous permet d'écrire d'après la loi de conservation du débit que Sa * Ca = Sv * Cv ou encore Ca / Cv = Sv / Sa avec Ca célérité amont, Cv célérité aval, Sa section amont, et Sv section aval de la conduite de fluide. Plus simplement nous pouvons exprimer que la vitesse de l'écoulement est inversement proportionnelle à la section de passage. Nous ajouterons que l'effet Venturi ne concerne que des vitesses d'écoulement de l'ambiant subsoniques. Subséquemment si nous réduisons la surface de la section de sortie de 66%, la vitesse du fluide est théoriquement multipliée par 3. Si nous parvenons à réduire seulement de 50 % cette vitesse sera doublée. Nous observerons que le Venturi sera couramment dépourvu de divergent en aval, ce qui risque d'altérer les résultats. Les résultats sont valides habituellement pour des nombre de Reynold supérieurs à 1000, ce qui correspond à des vitesses d'écoulement très faibles. Ainsi avec une corde de profil ou une valeur caractéristique par exemple de 2 mètres et une viscosité cinématique estimée à 15,6 * le pour l'air à 25 °C, il est aisé de respecter la contrainte de vitesse minimum car c = Re * v / 1, soit par exemple 7,8 * 10-3 mètre par seconde pour Re > 103, ou encore la célérité c = 7,8 * 10 -2 mètre par seconde si nous choisissons un nombre de Reynold égal ou supérieur à 104. Nous remarquons que la pression totale qui nous importe est pseudo constante dans l'écoulement. A une altitude donnée nous considérons que la masse volumique de l'air est proche de la Constante. Dans les conditions d'un Venturi il convient néanmoins de rappeler que la masse volumique de l'air sec est de la forme :p=p/R*T avec ici p en kilogramme par mètre cube, p la pression statique locale en Pascals, R la capacité thermique massique égale à 287 Joules par kilogramme et par degré K pour l'air, la température absolue locale en degré Kelvin. Etant donné que la pression statique dans le Venturi est décroissante, par voie de conséquence la masse volumique le sera également, la loi de variation de p est solidaire de l'équation généralisée indiquée précédemment pt = p p*c2/2E- Constante. Nous pouvons considérer que la compression de l'ambiant entre l'amont et l'aval, dans la mesure où celle-ci devient relativement élevée, nous sommes alors soumis aux lois de la thermodynamique soit en matière de pression nous avons : p * v y = Constante avec p pression locale en Pascals, y le volume local et y le rapport des chaleurs spécifiques soit la chaleur spécifique à pression constante sur la chaleur spécifique à volume constant de l'ordre ici de 1,4. Si p est le rapport de compression établi par le rapport de la section amont sur la section de sortie aval de notre système, nous pouvons écrire que le rapport des pressions s'établit à p r= P2 p 1 avec p2 pression aval de l'ensemble et p 1 pression initiale à l'entrée de notre système. Au titre du commentaire nous aurons une augmentation de température définie par l'expression : T 2 I T 1 =p (7-1) avec T 2 température finale en degré Kelvin, T 1 température initiale en degré Kelvin, p le taux de compression précédemment défini et y le rapport des chaleurs spécifiques pris ici de l'ordre de 1,4. Dans ces conditions si l'expérimentation confirme notre proposition, les résultats présentent à priori un grand intérêt ainsi que le confirmerons nos commentaires cités ci-après.

Ainsi avec un taux de compression de 4 nous obtenons un rapport de pression de 6,96, avec p égal à 5 nous avons un taux de compression final de 9,51 et avec un taux initial de 6 nous obtenons un rapport final de 12,28, à la limite avec p = 9 nous obtenons 21,67. Cette pression finale est exploitable pour la poussée sur des profils adaptés pour notre usage principal.

Nous pouvons ajouter que la célérité des vents dominants sera toujours peu suffisante pour parvenir aux avantages de la thermodynamique et en particulier ses gains en pression fmale. Nous nous en tiendrons pour une première évaluation pour des célérités moyennes aux équations précédemment indiquées et en particulier l'équation générale : Sa * Ca = Sv * Cv avec les variables précédemment précisées. Cependant les qualités en terme de pression de la thermodynamique ne sont pas totalement éludées car nous revendiquons dans cette étude d'atteindre des vitesses finales très élevées dans le subsonique, voire à la limite dans le supersonique. Nous nous proposons maintenant de procéder à une description puis ensuite de tenter une évaluation de notre proposition.

L'équipement peut être composé de 3 à un nombre élevé de volets sans limite dont au moins un est mobile par exemple pour assurer une compression variable éventuelle et ce avec plusieurs avantages. Cette mobilité d'au moins un volet autorise des taux de compression variables supérieur à 1, mais éventuellement inférieur afin de réduire la célérité finale, voire une célérité nulle dans des cas particuliers. Nous pouvons avoir dans certains cas des volets fixes dans le but d'obtenir un taux de compression supérieur ou inférieur à 1 pour des cas particuliers d'exploitation. La configuration apparente de notre appareil peut être encore circulaire, ou ovoïde ou elliptique ou toute autre forme qui nous convient dans nos applications, nous préférerons couramment des développements en forme de polyèdres avec des faces planes ou courbes par exemple concaves ou convexes pour la tenue mécanique.

Dans notre cas particulier nous exploitons la célérité des fluides compressibles, pour faire simple des vents dominants exploités par exemple à des vitesses où ils sont comparables dans leur comportement dans les calculs complexes à des fluides dits incompressibles, par exemple les liquides. Ceci est valide jusqu'à environ 100 mètres par seconde, mais la célérité des fluides exploitables pourra être si cela nous convient à des niveaux supérieurs. Dans nos exemples d'école nous nous limiterons dans un premier temps à des vitesses maximales légèrement inférieures à 100 mètres par seconde après traitement que nous nous proposons de développer ici sommairement. Dans notre cas nous proposerons pour l'essentiel dans le cadre de cette application des « tuyères » assez semblable de celles exploitées pour les turboréacteurs aéronautiques, à la différence qu'en aéronautique ces équipements sont exploités en aval du moteur. Pour ce qui nous concerne ces équipements peut être moins sophistiqués seront en amont de l'ensemble. L'objectif sera pour l'essentiel le même : accroitre la célérité de l'écoulement et ce dans le but d'augmenter par exemple la vitesse d'attaque des augets ou palettes génératrices d'énergie ou tout autre équipement car la puissance délivrée est proportionnelle au carré de la vitesse.

Les autres facteurs tels que dimensionnement, vitesse de rotation, etc. étant au premier degré dans les équations fondamentales, seul le coefficient de traînée varie selon la géométrie des augets ou palettes motrices ou des autres équipements. Ces amplificateurs de célérité seront assez semblables par exemple aux tuyères par exemple exploitées sur certains avions dits furtifs. Ils pourront être soit circulaires ou ovales ou toute autre géométrie, mais plus simplement ils seront composés par exemple de quatre éléments plans ou courbes dont un ou deux au moins sont mobiles si besoin. Nous verrons plus loin le design de ces équipements et leurs dispositifs de commande qui peuvent être électriques, hydrauliques ou pneumatiques voire thermiques ou toute autre source d'énergie disponible. Le but essentiel de ces équipements est d'amplifier la célérité du fluide, ce qui compte tenu de l'équation de quantité de mouvement exprime que la section de sortie de la « tuyère » sera plus faible que l'entrée dans le cas le plus courant. Nous allons voir qu'avec une section de sortie réduite de 66 %, la vitesse de sortie du fluide est accrue de 200% soit multipliée par trois, et la puissance amenée sur les éléments générateurs de nos machines et par voie de conséquence multipliée par neuf en théorie si l'on en croit les formules fondamentales de physique. L'objectif de notre proposition est de parvenir par exemple à une vitesse d'éjection du fluide aussi proche que possible de la constante par exemple, avec une arrivée d'air amont variable.

Nous ferons en sorte que pour certains éléments composant l'amplificateur de vitesse peuvent être mus selon une équation qui favorise le bon fonctionnement de notre système, par exemple nous pouvons faire en sorte qu' à partir d'une célérité amont donnée aussi basse que possible, nous avons une célérité de sortie par exemple aussi proche d'une constante choisie afin de faciliter par exemple la régulation de notre appareil en sortie.

Les Figures qui suivent sont fragmentaires mais ont pour ambition d'expliciter notre proposition. Les éléments de commande de position et les capteurs correspondants ne sont pas toujours indiqués pour rendre les croquis plus explicites. Pour simplifier nous invoquerons d'abord un système à deux degrés de liberté, puis un système à quatre degrés de liberté, et finalement des systèmes plus complexes à un seul, ou à trois ou à cinq ou davantage degrés de liberté. Le manufacturier étant libre de son choix dans la mesure où il obtient de préférence le meilleur résultat pour par exemple un meilleur coût. Dans le cas de choix de « tuyères » assez voisines de celles installées sur les turbomoteurs classiques les éléments étant multiples mais généralement solidaires le nombre de degrés de liberté peut être admis à deux.

Nous rappelons qu'ici et pour l'essentiel l'objectif de ces « tuyères » situées en amont du flux venteux est d'accroitre la vitesse de sortie, ce qui exprime que pour cette « tuyère » la section de sortie est plus réduite généralement que la section d'entrée dans les conditions normales de fonctionnement et ce dans des proportions importantes pouvant atteindre par exemple comme dans nos calculs la valeur de neuf. Cette valeur est arbitraire, elle peut plus réduite pour les fortes célérités d'origine, voire plus élevée dans le cas de célérité des vents dominants réduite. Nous invoquons fréquemment l'expression coefficient d'amplification des vents incidents, il nous apparaît utile d'expliciter par le texte et les croquis des moyens d'y parvenir.

Nous devons ajouter également que nous gardons la possibilité d'avoir selon les besoins en cas de très forte célérité amont, ou par exemple de maintenance de réduire ce coefficient d'amplification qui peut devenir inférieur à un, et même éventuellement pour stopper la machine de le ramener jusqu'aux environs de zéro ou à tout le moins le plus réduit possible. Pour ce qui concerne les croquis joints donnés en exemple, y inclus tous les détails nous indiquerons que la manoeuvre des éléments mobiles indiqués est réalisable avec tous les moyens énergétiques disponibles et par exemple des moyens thermiques, des moteurs électriques standard avec réducteur, ou à vis ou encore linéaires à pas réduit, des moyens pneumatiques ou encore des sources hydrauliques avec leurs capteurs de position et les actionneurs de puissance adaptés.

La Figure 1 désigne un équipement pseudo conique mais tronqué où nous avons repère 1 le vent relatif initial, le repère 2 désigne l'aire d'entrée du flux venteux et le repère 3 désigne l'aire de sortie, le repère 4 désigne la célérité des vents accélérés. Si l'on accepte les formules précédentes nous remarquons que le rapport des vitesses est dans le rapport inverse des aires entrée/sortie.

Par exemple si la surface du repère 2 est 4 fois plus grande que la surface du repère 3, la célérité du repère 4 sera en théorie quatre fois plus élevée que la célérité du repère 1. Dans cette Figure 1 nous avons également schématisé un système en polyèdre, ici par exemple avec 4 ventaux. Nous avons toujours avec les repères 1 et 4 les vents incidents et les vents de sortie. Ici les quatre ventaux solidaires mécaniquement sont désignés par les repères 5, 6, 7 et 8. Ici également le rapport théorique des vitesses sera dans le rapport inverse des sections entrée/sortie. Pour simplifier les croquis l'image du produit pseudo circulaire pourra être dans le concret ovoïde ou encore elliptique ou encore toute autre forme non circulaire, de même le polyèdre représenté ensuite pourra être composé d'un nombre de volets de 3 à un nombre sans limite, cette image à 4 volets permet de simplifier l'exécution du croquis et le rendre plus explicite. Nous ajouterons que cet équipement peut être installé sur une installation exploitante qui nécessite des célérités incidentes élevées et s'orientant par exemple selon le sens majeur du fluide incident, ce qui nous amène à proposer par exemple les équipements exploitants repérés 11 et 13 sur lesquels sont installés les accélérateurs de célérité repérés 9 et 10.

Les pivots des installations sont indiqués par les repères 12 et 14. Cette capacité d'un ensemble solidaire mais pivotant est valide pour l'ensemble des Figures suivantes de 2 à 9 mais non représentée pour simplifier les croquis. Nous voyons dans cette Figure 1 par exemple une éolienne classique à pales avec le repère 15 , et un système générateur à effet de traînée avec la roue porteuse repère 17 et les profils résistants repère 16. Ces éléments sont naturellement des exemples pour l'explicite et les calculs mathématiques ultérieurs. La Figure 2 montre par exemple avec les repères 1 à 4 les quatre ventaux dont ici deux sont mobiles : les éléments repère 3 et 4. Les repères 5, 6,7 montrent des positions particulières de l'élément repère 3 afin d'agir sur quantité de mouvement de l'air admis. De même les repères 8,9 et 10 montrent des positions particulières de l'élément repère 4. Les positions 7 et 10 montrent des positions pour obtenir l'occlusion de l'entrée d'air. Les repères 11 et 12 sont les axes permettant la manoeuvre des éléments 3 et 4. L'occlusion totale ou partielle du passage par le repère 3 ou le repère 4 est possible. La position repère 13 montre la position limite du volet repère 3, et le repère 14 la position limite du volet repère 4. Le repère 15 désigne le vent incident amont, et le repère 16 la sortie venteuse amplifiée. La Figure 3 reprend les mêmes performances que précédemment mais ici dans cet exemple à quatre volets les éléments 3 et 4 sont fixes ou pseudo fixes, et les éléments repères 1 et/ou 2 ou 1 et/ou 2 sont mobiles afin d'obtenir les mêmes performances que précédemment.

Les repères 5 et 6 montrent des exemples de position de l'élément 1. Les repères 7 et 8 montrent des exemples de position du volet repère 2. Les repères 10 et 11 sont les pivots des volets 1 et 2. La position repère 9 indique une position du volet 2 dans le cas ou le volet 1 est indisponible ou non mobile. Cette possibilité est valide également par symétrie si le volet repère 2 est fixe ou non disponible, avec un volet repère 1 capable de moduler la vitesse de l'écoulement et éventuellement d'assurer l'occlusion du système, selon par exemple le repère 12. Le repère 13 désigne le vent incident amont, et le repère 14 la sortie venteuse aval amplifiée. La Figure 4 reprend la même fonction que les produits précédemment décrits, excepté que les volets latéraux sont dédoublés par exemple. Ces volets latéraux sont constitués par les éléments 3 et 4 d'une part et 5 et 6 d'autre part. Les pivots pour ces volets latéraux sont par exemple à rotules ou articulés classiques repère 7. Les volets repère 1 et 2 sont naturellement éventuellement mobiles autour de leurs axes repères 8 et 9. Ces volets peuvent être naturellement ou exceptionnellement fixes selon le besoin avec par exemple une position extrême du volet repère 1 avec le repère 10, et une position extrême du volet repère 2 avec le repère 11. Ces volets repères 1 et 2 peuvent naturellement prendre toutes positions intermédiaires jusqu'à obtenir jusqu'à l'occlusion de l'arrivée des vents dominants. Le repère 12 désigne le vent incident amont, et le repère 13 la sortie venteuse amplifiée.

La Figure 5 reprend les mêmes possibilités que la Figure 4 sauf que les volets latéraux sont multipliés par exemple par quatre. Les volets 1 et 2 sont standards et pivotant autour des axes 11.Les volets latéraux sont repérés de 3 à 6 d'une part et de 7 à 10 d'autre part, ils pivotent autour de leurs axes repère 12.

La Figure du bas montre un exemple d'une position extrême de l'ensemble avec débit réduit, proche de l'occlusion du système, la vue est prise coté vent relatif en observant l'entrée de notre système. Le repère 13 désigne le vent incident amont, et le repère 14 le vecteur de la sortie venteuse amplifiée en aval. La Figure 6 montre un système analogue aux tuyères de turbomoteurs, ce descriptif est donné à titre documentaire. Nous avons repère 1 les éléments principaux femelles, et repère 2 les éléments suiveurs males. Les éléments sont articulés autour de leurs pivots repère 5. La vue inférieure montre la position limite de ces équipements avec les éléments repère 1 devenus repère 3 car à bouts touchants, et les éléments repère 2 devenus repère 4 intégrés dans les éléments repère 3. Le repère 6 désigne le vent incident amont, et le repère 7 le vecteur de la sortie venteuse amplifiée. Cet équipement comme par ailleurs le premier croquis de la Figure 1 est particulièrement adapté pour les éoliennes de faible dimension classiques à pales dont nous pouvons de cette façon prétendre augmenter considérablement la puissance spécifique. La Figure 7 reprend les performances des figures précédentes 2 à 5 mais en généralisant les possibilités de ces dernières. Par exemple les volets supérieurs sont dédoublés dans cet exemple avec par exemple les repères 1 et 2 pour le volet supérieur et les repères 3 et 4 pour le volet inférieur. Ils peuvent être multipliés si nous le voulons par 3 ou 4 ou davantage, mais notre système devient complexe. Il en est de même pour les volets latéraux multipliés dans cet exemple par 4, avec les repères 5 à 8 d'une part et les repères 9 à 12 d'autre part. Les axes d'articulation éventuellement à rotules sont désignés sommairement par le repère 13. La vue inférieure montre une possibilité de réduction de la surface d'entrée d'air afin de réduire le débit de notre système jusqu' à éventuellement l'occlusion pour réduire la puissance de l'ensemble et en particulier, débit et vitesse de l'air aval jusqu'à zéro si besoin. Le repère 14 désigne le vent incident amont, et le repère 15 le vecteur de la sortie venteuse amplifiée.

La Figure 8 donne un exemple favorisant la mobilité des volets mobiles. Pour simplifier nous avons choisi comme exemple un modèle simple à 4 volets dont ici dans cet exemple deux sont fixes et les deux autres mobiles. Pour simplifier le mécanisme un seul volet pourrait être mobile dans la mesure où les fonctions demandées sont assurées. Sur cette Figure nous voyons par exemple les volets fixes avec les repères 1 et 2, les deux volets mobiles cités en exemple sont repérés 3 et 4. Nous pouvons avoir dans le même contexte pour cet exemple les volets repères 3 et 4 fixes et volets repère 1 et 2 mobiles avec tous les équipements dont l'explicatif suit ici avec les repères 5 à 21. Les repères 5 et 6 montrent les éléments permettant la manoeuvre des volets en position par exemple ouverture dédits volets, les repères 7 et 8 montrent les mêmes composants en position volets fermés. Les repères 9 et 10 montrent les articulations liant les éléments de puissance repérés 5 et 6 et 7 et 8 avec les volets repères 3 et 4, les repères 11 et 12 montrent les articulations fixes dans l'espace à un moment donné des éléments de puissance repères 5 et 6 et 7 et 8. Les repères 13 et 14 montrent les pivots des volets repères 3 et 4.

Pour toutes ces articulations nous pouvons avoir généralement des axes de rotation mais si nécessaire nous pouvons avoir pour certains modèles des systèmes à rotules ou encore des arbres à la Cardan. Les repères 15 et 16 montrent le vent incident et le vent résultant en sortie avec les célérités correspondantes compte tenu du coefficient d'amplification par ailleurs positif ou négatif correspondant au quotient des aires amont et aval instantanées car variables selon la commande des éléments repères 5 et 6 ou 7 et 8. Ces éléments de commandes sont généralement des actuateurs tels que vérins hydrauliques ou encore vérins pneumatiques ou encore des motos réducteurs électriques avec par exemple leurs crémaillères de mouvement, les moteurs peuvent être également des moteurs freins et le réducteur sera préférentiellement des réducteurs à vis plus précis et faisant office à l'arrêt de frein pour le mécanisme. Par volet mobile le nombre d'actuateurs quel que soit le type sera à minima unitaire, mais nous pouvons pour par exemple des choix de modèles ou de coût ou encore pour une motivation de fiabilité en avoir et par volet deux ou davantage. Nous ajouterons que les éléments de commande des volets est symbolisée ici par les arrivées repérées 15 et 16 sur un exemple d'actuateurs et par le repère 17 qui est le coeur de la régulation et impose aux volets mobiles une loi mathématique qui peut être une constante ou non. Cette loi tient compte des capteurs de position symbolisés par les repères 18 et 19 s'ils sont linéaires par exemple ou encore 20 et 21 s'ils sont rotatifs, ces capteurs peuvent être par exemple linéaires avec les points de fixation articulés par exemple ou rotatifs solidaires de l'axe mobile comme point fixe et une articulation sur le volet par exemple au choix du fabricant. Le régulateur compare les vitesses du fluide amont selon le repère 22 et la vitesse de sortie aval repère 23. Les capteurs de vitesses sont standards ou pour les hautes célérités un capteur dit de « Pitot » peut être exploité ou tout autre équipement valide. La relation entre les vitesses amont et aval sera fonction de la loi imposée par le régulateur central repère 17, dans les limites toutefois de la faisabilité du système, à défaut et hors des limites le fonctionnement pourra être dégradé, ou encore opter pour une loi de secours. L'avantage de cette proposition est que nous pouvons obtenir une vitesse aval pseudo constante dans le cas général et de simplifier la régulation de ou des équipements par exemple générateurs en sortie de machine. Nous devons rappeler que toutes les valeurs citées ne sont que des exemples certes valides mais modifiables selon les besoins de l'exploitant. Les croquis précédents sont également que des exemples car nous ne pouvons multiplier leur nombre pour faire figurer tous les concepts, nous indiquerons simplement que l'image la plus réaliste est désignée par les Figures 1, 2, 3 et 6 par exemple, et la commande éventuelle par la Figure 8 qui est susceptible de s'appliquer aux composants mobiles des Figures 2 et 3.

Nous pouvons encore avoir des systèmes de grande largeur tout en conservant des hauteurs raisonnables, par exemple nous pouvons avoir un mécanisme identique de rayon de 2 mètres mais de 20 mètres de long, dans ce cas naturellement la puissance dans les mêmes conditions est doublée par rapport à un équipement de 10 mètres de longueur, mais nous pouvons avoir un accélérateur de célérité selon plusieurs modules par exemple selon la Figure 9. Nous pourrons avoir un ensemble composé par exemple de deux ou de 3, ou encore de 4 modules voire davantage, ces modules peuvent avoir la faculté de se réduire ou de s'occulter comme il est présenté ci-avant ou encore nous avoir des modules à coefficient d'amplification fixe et des modules à coefficient d'amplification variable pour une même fonction. Mais nous noterons que les flux d'air amplifiés en sortie à des vitesses trop différentes peuvent être préjudiciables à priori pour le bon fonctionnement de notre appareil. Dans cette Figure 9 nous avons par exemple un premier ensemble composé de 2 modules repérés 1 et 2. Ces éléments peuvent avoir des composants mobiles selon les exemples des repères 3 et 4. Les éléments mobiles éventuels peuvent être tous les composants ou seulement une partie dans la mesure où le mouvement et ses qualités sont assurés, tous ces éléments de cette Figure 9 ne sont naturellement que des exemples. Avec la même perspective nous pouvons avoir des ensembles capables d'amplification de célérité composés de 3 éléments selon l'exemple repéré 5, 6 et 7. Des éléments de ces modules peuvent être mobiles selon les repères 8 et 9 afin de faire varier le coefficient d'amplification. Dans le même contexte nous pouvons avoir 4 modules cités dans l'exemple avec les repères 10, 11, 12, et 13. Des éléments constitutifs de ces modules peuvent également être mobiles tels par exemple les repères 14, 15, 16 et 17. Nous ajouterons que le nombre de modules n'est pas limité et peut varier de 1 à 4 ou à 5 ou davantage si le besoin est exprimé. Les éléments mobiles indiqués ne sont que des exemples, Lorsque nous indiquons des volets latéraux éventuellement mobiles, nous pouvons aussi avoir les volets supérieurs et / ou inférieurs mobiles, tous les cas possibles ne pouvant représentés. Nous noterons que nous pouvons simultanément pour une même fonction des modules à coefficient d'amplification fixe et d'autres variables afin de couvrir toute la plage utile ou nécessaire pour le besoin exprimé. Les Figures 10 et 11 réalisées avec le logiciel Microsoft Excel désignent des résultats obtenus sur une des études réalisées pour concrétiser les performances de notre équipement. L'équipement a été défini installé sur un système générateur d'énergie précédemment déposé auprès de l'INPI et nécessitant de préférence un apport venteux incident à haute célérité relative. L'étude a été réalisée avec des paramètres favorables tels que coefficient de traînée des équipements entrainés par notre accélérateur de célérité de l'ordre de 1,5 masse volumique de l'air de l'ordre de 1,2 dimensionnement de la roue motrice avec un rayon de 2 mètres dont un profil résistant utile de 1,8 mètre, largeur totale des profils résistants 10 mètres soit une surface utile par profil d'environ 18 mètres carrés.

Sur l'extrait de la page de calcul Figure 10 ici réduite car l'équipement ne mesure que 2 mètres de rayon nous lisons les paramètres suivants : Cx coefficient de trainée, a masse volumique de l'air, L longueur du produit en aval soit 10 mètres, SI surface locale avec un décrément de 0,1 mètre, VI vitesse locale compte tenu de la vitesse périphérique de la roue porteuse, ve vitesse locale au second degré pour l'évaluation de la résistance aérodynamique, R rayon de la machine en aval, R1 rayon local pour l'évaluation du couple moteur, Vi vitesse d'impact de l'air amplifié, n régime de rotation de la roue en aval, F force exercée sur un profil en terme de trainée en Newton, C le couple local établi sous la forme ici F * RI, P la puissance locale exercée par le décrément soit le produit C par CO en watts.

Cette forme de calcul est approximative mais appréhende des résultats réels, alors que l'élaboration de la formule généralisée est complexe du fait des facteurs multiples. Le graphe intitulé Puissance W exprime dans ce cas particulier de petite machine la puissance en Watt fonction du régime de rotation de notre machine en aval. Le tableau au bas de la page de la Figure 10 montre les qualités des volets mobiles précédemment indiqués qui permettent de modifier le coefficient d'amplification. Nous avons colonne repère 1 la vitesse du vent incident , le repère 2 désigne une amplification donnée en exemple, les repères 3 et 4 désigne des capacités de variation longueur par largeur pour un polyèdre amplificateur, le repère 5 donne la vitesse en aval après amplification, le repère 6 montre le régime de rotation optimisé de la roue motrice en aval, le repère 7 donne la puissance obtenue dans les conditions et paramètres indiqués dans la ligne, et le repère 8 donne la puissance disponible dans ces conditions en mégawatts. La Figure 11 montre trois graphes. Le premier graphe exprime dans les conditions sus indiquées la puissance de la machine en aval fonction du régime de rotation de la roue. Le deuxième graphe exprime la vitesse du vent efficace en sortie de l'amplificateur en fonction de la célérité amont. Le troisième graphe montre deux courbes en fonction de la vitesse de la roue motrice, nous avons d'une part le vent initial et le coefficient d'amplification correspondant d'autre part. Ces graphes des Figures 10 et 11 désignent tout notre intérêt pour optimiser ce concept et nous indique ici la capacité de ce produit pour générer une puissance élevée pour un appareil récepteur adapté. L'axe des abscisses sauf indication contraire s'exprime en tours/seconde de la roue motrice aval. Ces calculs tiennent compte de la vitesse périphérique d'une éolienne à effet de trainée qui se compose vectoriellement avec le vent amplifié. Naturellement si nous optons pour une longueur de 20 mètres avec les mêmes caractéristiques les capacités de puissance voisinent vers un maximum de 3 mégawatts avec une célérité de 90 mètres/seconde après amplification. D'autres études ont été réalisées avec un équipement éolien à profils mus par trainée de longueur 20 mètres d'un rayon de 5 mètres et des profils adaptés de 4,5 mètres soit une surface utile par profil de l'ordre de 90 mètres carrés, après amplification nous obtenons une puissance supérieure à 7 mégawatts à un régime de rotation de l'ordre de 1,5 tour par seconde. Dans le même contexte un équipement de longueur 16,66 mètres et de rayon 10 mètres dont des profils ont des hauteurs de 9 mètres soit une surface utile de l'ordre de 150 mètres carrés la puissance générée avec une célérité de 90 mètres/seconde excède la puissance de 12 mégawatts à 0,77 tour par minute. Un équipement intermédiaire de rayon 7 mètres dont 6,3 mètres utiles et 20 mètres de longueur, soit une surface d'environ 130 mètres carrés et à un régime de rotation de l'ordre de 1,1 tour par seconde nous autorise jusqu'à 10 mégawatts de puissance théorique.

Ces puissances à priori très élevées ne peuvent tenir compte de tous les paramètres tels que variation de masse volumique du fluide, ou encore des turbulences et des traînées parasites par exemple de frottement ou induites, ainsi que du rendement généralement très élevé des générateurs. Les contraintes de régulation ne peuvent également être prises en compte ici, cependant il semble que cette proposition parait interessante.

Ces résultats sont obtenus car la vitesse d'impact en aérodynamique sur un profil qu'il soit portant ou résistant s'effectue au second degré, c'est ainsi que nous avons des coefficients amplificateurs à moindre coût variant dans nos exemples de 9 à 81 compte tenu du deuxième degré dans l'application mathématique selon les vitesses initiales ce qui nous facilite pour développer des puissances peu accessibles à priori. Ces valeurs comme par ailleurs toutes les valeurs chiffrées dans cette étude ne sont que des exemples, nous pourrons opter tant pour des valeurs inférieures ou même supérieures selon le besoin exprimé par l'exploitant. Notre application concerne une optimisation et une recherche dans la stabilité de puissance de sortie, ce choix à priori adopté n'est aucunement revendiqué, il peut être simplement conseillé pour par exemple la contribution à la production d'énergie.

Nous rappelons que toutes les valeurs numériques indiquées ne sont que des exemples, nous pouvons toujours opter au choix à des valeurs plus élevées et/ ou plus réduites sans limitation aucune. Par voie de conséquence nous nous en tiendrons pour l'essentiel et pour ce qui concerne les applications à un secteur limité à l'éolien qu'il soit classique à pales ou nouveau avec des profils à effet de traînée, ce dernier étant à priori privilégié compte tenu des puissances développées comme nous l'avons décrit ci-avant mais toutes les applications sont revendiquées. Au global nous rappellerons que l'objectif de notre équipement présenté sommairement ici est essentiellement l'accroissement de la vitesse de l'air incident afin de bénéficier des formules en aérodynamique favorables à la vitesse de l'air. Notre besoin néanmoins éventuel de régulation nous amène à prévoir des composants adaptés et en particulier les Figures 1 à 9 les plus représentatives de notre besoin et de fabrication aisée. Au global nous souhaitons participer à moindre coût à la fourniture d'une énergie saine et économiquement accessible.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1) Dispositif capable de varier la célérité d'un fluide incident caractérisé en ce qu'il comporte des volets fixes ou mobiles.
2. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'équipement est équipé de 3 volets minimum, chaque volet a un profil 5 adapté à notre réquisition.
3. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait qu'au moins un volet est mobile afin de faire varier le rapport de la vitesse de sortie du fluide sur la vitesse incidente du même fluide.
4. 4) Dispositif selon les revendications 1,2 et 3 caractérisé par le fait io que le volet ou les volets mobiles sont pilotés en position par des actuateurs électriques à réducteurs ou des actuateurs hydrauliques ou des actuateurs pneumatiques.
5. 5) Dispositif selon les revendications 1 et 2 et 3 et 4 caractérisé par le fait que l'ensemble est associé à des capteurs de vitesse amont et aval. 15
6. 6) Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 et 4 caractérisé par le fait que le volet mobile ou les volets mobiles sont validés éventuellement en position par des capteurs de position linéaires ou rotatifs.
7. 7) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par le fait que le système est contrôlé par un ou plusieurs régulateurs qui 20 pilotent la position du volet mobile ou des volets mobiles afin d'obtenir une vitesse aval du fluide calculée.
8. 8) Dispositif selon les revendications 1, 2, 3, 4 et 5 caractérisé par le fait que l'ensemble de l'équipement est monté éventuellement sur un système pivotant afin d'accéder à un maximum de célérité du fluide en 25 amont.