WO2021043641A1 - Facility for producing electricity - Google Patents

Facility for producing electricity Download PDF

Info

Publication number
WO2021043641A1
WO2021043641A1 PCT/EP2020/073773 EP2020073773W WO2021043641A1 WO 2021043641 A1 WO2021043641 A1 WO 2021043641A1 EP 2020073773 W EP2020073773 W EP 2020073773W WO 2021043641 A1 WO2021043641 A1 WO 2021043641A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pipe
liquid
gas
installation according
rotation
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/073773
Other languages
French (fr)
Inventor
Pierre Pelloux-Gervais
Original Assignee
Pelloux Gervais Pierre
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pelloux Gervais Pierre filed Critical Pelloux Gervais Pierre
Publication of WO2021043641A1 publication Critical patent/WO2021043641A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00Other machines or engines
    • F03B17/005Installations wherein the liquid circulates in a closed loop ; Alleged perpetua mobilia of this or similar kind
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00Working fluid
    • F05B2210/40Flow geometry or direction
    • F05B2210/401Flow geometry or direction upwards due to the buoyancy of compressed air
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Definitions

  • the invention relates to the technical field of installations for producing electricity in an ecological manner from the movement of a liquid by a compressed gas.
  • the invention finds its application in particular to equip a fixed site (e.g. a power plant, a home, a factory, etc.) or a mobile transport device (sea, land, e.g. aircraft, submarine, etc.).
  • a fixed site e.g. a power plant, a home, a factory, etc.
  • a mobile transport device e.g. land, e.g. aircraft, submarine, etc.
  • first pipe comprising: an upper end, submerged in the liquid, a lower end, extending below the tank, under the ground; the first pipe having a section increasing from the lower end to the upper end;
  • a second pipe comprising: an upper end, extending from the bottom of the tank, a lower end, extending below the ground;
  • - injection means arranged to inject a compressed gas at the lower end of the first pipe so as to obtain a flow velocity of the liquid in the first pipe from the lower end to the upper end.
  • the kinetic energy of the liquid, set in motion by the compressed gas, is recovered by the turbine after the liquid flows from the upper end to the lower end of the second pipe.
  • the invention aims to remedy all or part of the aforementioned drawbacks. To this end, the invention relates to an installation for producing electricity, comprising:
  • a pipe comprising: a lower end, immersed in the liquid, an upper end, emerging from the liquid;
  • - injection means arranged to inject a compressed gas at the lower end of the pipe so as to obtain a flow velocity of the liquid in the pipe from the lower end to the upper end.
  • upper end is meant the end portion of the pipe which has the highest position in the tank.
  • lower end is meant the end portion of the pipe which has the lowest position in the tank.
  • such an installation according to the invention makes it possible to generate an electric power ranging from a few kW to a few MW.
  • the installation according to the invention may include one or more of the following characteristics.
  • the injection means are configured so that the upper end of the pipe has a mixture of gas and liquid with a volume proportion of gas of between 20% and 70%, preferably between 30% and 65%.
  • a volume proportion of gas of between 20% and 70%, preferably between 30% and 65%.
  • volume proportion of gas allows an expansion close to an isentropic expansion of the gas in the pipe so as to obtain a satisfactory flow rate of the liquid in the pipe from the lower end to the upper end.
  • a proportion of gas between approximately 60% and 70% in order to obtain the maximum power of the installation. It is also possible to choose a gas proportion of less than 60% with a lower power generated but with better efficiency.
  • the volume proportion of gas is less than 20%, the quantity of energy contained in the gas becomes insufficient to significantly accelerate the liquid and to obtain a positive balance due to the different efficiencies of the injection means and of the turbine, and pressure drops.
  • the injection means comprise:
  • an injection tube connected to the lower end of the pipe, and preferably thermally insulated;
  • a compressor arranged to supply the compressed gas to the injection tube.
  • an advantage obtained by the fact of thermally insulating the injection tube is to be able to maintain a high temperature of the gas at the lower end of the pipe, and therefore to best conserve the energy supplied to the gas during compression.
  • the compressor has a speed of rotation suitable for the upper end of the pipe to have a mixture of gas and liquid with a volume proportion of gas of between 20% and 70%, preferably of between between 30% and 65%.
  • the reservoir has a section at constant value, denoted ⁇ ; and the injection means comprise a Venturi device, mounted at the lower end of the pipe, and having a section, denoted s, verifying:
  • a Venturi device mounted at the lower end of the pipe, and having a section, denoted s, verifying:
  • the speed of rotation of the compressor is adapted to the section s of the Venturi device so that the upper end of the pipe has a mixture of gas and liquid with a volume proportion of gas of between 20% and 70%, preferably between 30% and 65%.
  • the pipe extends in a vertical direction, and the reservoir is fixed.
  • an advantage obtained is to use the volume density differential of potential energy of gravity between the liquid in the tank and the liquid / gas mixture circulating in the pipe, in order to assist the gas to set the liquid in motion. in the pipeline from the lower end to the upper end.
  • This volume density differential of potential energy of gravity can be translated according to the formula (p - p ') g h where:
  • the reservoir is movable in rotation about a vertical axis of rotation; the pipe being integral in rotation with the reservoir; the upper end of the pipe being proximal to the axis of rotation, the lower end of the pipe being distal to the axis of rotation.
  • an advantage obtained is to use the centripetal force (and not the normal acceleration of terrestrial gravity as in the case where the reservoir is fixed) exerted on the lower end of the pipe to assist the gas to be set in motion. the liquid in the pipeline from the lower end to the upper end.
  • the use of the centripetal force makes it possible to obtain acceleration values greater (or even much greater eg by a factor of 10 to 1000) than the normal acceleration of gravity.
  • the installation comprises motorized drive means arranged to drive the reservoir in rotation around the vertical axis of rotation; the reservoir being made in the form of a drive arm inside which the lower end of the pipe is mounted integrally; the drive arm being provided with at least one opening shaped to receive the liquid so that the lower end of the line is submerged in the liquid.
  • an advantage obtained is to obtain a compact installation insofar as the lower end of the pipe is immersed in the liquid, inside the reservoir formed by the drive arm.
  • the pipe has a horizontal part comprising the lower end; the horizontal part being provided with at least one internal partition, preferably of helical shape.
  • an advantage provided by the partition or partitions is to be able to limit the separation of the liquid / gas mixture caused by the centrifugal effect.
  • the installation comprises a protective casing arranged to surround the reservoir and the impeller.
  • an advantage obtained is to obtain a closed circuit installation, protected from the outside environment.
  • the protective casing is advantageously arranged to also surround the compressor. The installation can thus operate at constant pressure, and free itself from external conditions.
  • the installation comprises a receiving tank arranged downstream of the action turbine for receiving the mixture of gas and liquid.
  • such a receiving tank with a suitable section, makes it possible to reduce the (vertical) flow speed of the liquid downstream of the action turbine.
  • the receiving tank is integral in rotation with the tank in order to promote the separation of the liquid / gas mixture by centrifugation of the mixture.
  • the receiving tank is provided with an Archimedean screw arranged to guide the liquid of the mixture towards the opening (s) of the drive arm.
  • an advantage obtained is to be assured of being able to recover the liquid despite negative accelerations in the vertical direction, which is likely to occur when the installation equips a mobile transport device such as a land vehicle or an aircraft. .
  • the pipe is provided with honeycomb-type structures shaped to confine the gas with the liquid.
  • an advantage obtained is to limit the separation of the liquid / gas mixture, in particular when the pipe has non-vertical portions or when the reservoir is mobile in rotation.
  • the liquid is selected from water, glycol water, potassium formate, cesium formate, a mixture of potassium formate and cesium formate.
  • glycol water, potassium formate and cesium formate are to have a higher density than water, while maintaining acceptable viscosities.
  • such liquids make it possible, for a given gas and at a fixed pipe height, to increase the volume density differential of potential energy of gravity (between the liquid in the reservoir and the liquid / gas mixture circulating in the pipe) by compared to water, and thereby increase the power generated.
  • such liquids make it possible, relative to water, to reduce the height of the pipe while generating the same power.
  • an advantage of glycol water, potassium formate and cesium formate is that they freeze at temperatures well below 0 ° C.
  • Figure 1 is a schematic view of an installation according to the invention, illustrating a first embodiment where the tank is fixed.
  • Figure 2 is a schematic view of an installation according to the invention, illustrating a second embodiment where the reservoir is movable in rotation. Detailed description of the embodiments
  • An object of the invention is an installation for producing electricity, comprising:
  • a pipe 2 comprising: a lower end 20, immersed in the liquid 10, an upper end 21, emerging from the liquid 10;
  • - injection means arranged to inject a gas 4 compressed at the lower end 20 of the pipe 2 so as to obtain a flow speed of the liquid 10 in the pipe 2 from the lower end 20 towards the end upper 21.
  • the tank 1 can be on the ground, buried or above ground (raised).
  • Reservoir 1 can be formed by a dam, by the contours of a lake, or even by a water tower-type structure.
  • the reservoir 1 advantageously has a section greater than a threshold below which gas bubbles 4 are entrained downstream from the action turbine 3 towards the bottom of the reservoir 1.
  • a section of the reservoir 1 greater than such a threshold allows to greatly limit a potential entrainment of the gas bubbles 4 downstream of the action turbine 3 towards the bottom of the tank 1.
  • the liquid 10 is advantageously selected from water, glycol water, potassium formate, cesium formate, a mixture of potassium formate and cesium formate.
  • other liquids can be used, preferably having a density greater than water, while maintaining acceptable viscosities.
  • liquid 10 can be a thermally stable oil between 250 ° C and 300 ° C.
  • thermally stable is meant that the oil undergoes neither change of state (sufficiently low saturating vapor pressure) nor thermal degradation.
  • the compressed gas 4 is preferably air.
  • an injection tube 5 connected to the lower end 20 of the pipe 2; - a compressor 6, arranged to supply the gas 4 compressed in the injection tube 5.
  • the injection tube 5 is advantageously thermally insulated from the liquid 10 (when the injection tube 5 extends inside the tank 1) so that all the heat contained in the gas 4 at the level of the compressor 6 (or at the level of the last stage in the case of a multi-stage compressor 6) can be restored to the lower end 20 of the pipe 2.
  • the injection tube extends partly outside the tank 1, the injection tube 5 is advantageously thermally insulated from the external environment.
  • the injection tube 5 is advantageously surrounded by a thermal insulator selected from an alumina powder, perlite, rock wool, vacuum, cork, a ceramic fiber.
  • the injection tube 5 may extend entirely inside the reservoir 1. Alternatively, the injection tube 5 may have a part extending outside the reservoir 1.
  • the injection means are advantageously configured so that the upper end 21 of the pipe 2 has a mixture of gas 4 and liquid 10 with a volume proportion of gas 4 of between 20% and 70%, preferably between 30%. and 65%.
  • the compressor 6 has a rotational speed suitable so that, in steady state, the upper end 21 of the pipe 2 has a mixture of gas 4 and liquid 10 with a volume proportion of gas 4 of between 20%. and 70%, preferably between 30% and 65%.
  • the reservoir 1 advantageously has a section with constant value, denoted ⁇ .
  • the injection means advantageously comprise a Venturi device 7, mounted at the lower end 20 of the pipe 2, and having a section, denoted s, verifying: s ⁇ S / 4.
  • the speed of rotation of the compressor 6 is advantageously adapted to the section s of the Venturi device 7 so that, in steady state, the upper end 21 of the pipe 2 has a mixture of gas 4 and liquid. 10 with a volume proportion of gas 4 of between 20% and 70%, preferably between 30% and 65%.
  • the compressor 6 can be single-stage.
  • the compressor 6 is preferably multistage. The gas 4 is cooled on all the stages of the compressor 6, except the last stage, in order to approach an isothermal compression which consumes less energy.
  • the compressed gas 4 leaving the compressor 6 can be of the order of 250 ° C.
  • the compressor 6 is preferably suitable, ie the pressure obtained at the outlet of the compressor 6 corresponds to the pressure at the level of the Venturi device 7 and to the pressure drops.
  • the speed of rotation of the compressor 6 and the internal compression ratio are advantageously adapted to the section s of the Venturi device 7 so that, in steady state, the upper end 21 of the pipe 2 has a mixture of gas 4 and liquid 10 with a volume proportion of gas 4 of between 20% and 70%, preferably between 30% and 65%.
  • the Venturi device 7 is a Venturi injector chosen as a function of the section, denoted S, of the pipe 2.
  • the Venturi device 7 has an internal surface having a throttling zone of section s, and delimiting a liquid mixing chamber 10. and gas 4.
  • the Venturi device 7 is advantageously mounted inside the lower end 20 of the pipe when the section S of the pipe 2 is less than 200 mm.
  • a Venturi device 7 of the inverted water pump type can be chosen.
  • the Venturi device 7 is advantageously mounted outside the lower end 20 of the pipe 2 when the section S of the pipe 2 is between 200 mm and 500 mm.
  • the injection means advantageously include:
  • S and s will advantageously be chosen so that the difference (Ss) corresponds to the section necessary for passing the gas 4 at the pressure of the Venturi device 7.
  • S and s will advantageously be chosen so that the flow speed of the liquid 10 at section s of the Venturi device 7 is equal to the flow speed of the liquid 10 / gas 4 mixture downstream of the Venturi device 7.
  • the pipe 2 extends in a vertical direction, and the reservoir 1 is fixed.
  • Line 2 extends inside tank 1.
  • Line 2 is fixed relative to tank 1.
  • Line 2 can be mounted integral with tank 1.
  • Line 2 has a height greater than a threshold beyond which the installation can produce more electricity than it consumes.
  • Torricelli's formula that is to say is approximately equal g is the normal acceleration of gravity, - h is the height of pipe 2,
  • Line 2 preferably has a height greater than or equal to 30 m when the liquid 10 is water.
  • Line 2 can have a constant section S.
  • Line 2 may have a section S decreasing from the lower end 20 to the upper end 21 in order to increase the flow speed of the liquid 10 in the line 2 (from the lower end 20 to the upper end 21 ) with respect to a constant section S.
  • the pipe 2 may have a conical shape so as to have a section S decreasing from the lower end 20 to the upper end 21.
  • the injection tube 5 advantageously comprises a vertical portion 50 which preferably extends inside the reservoir 1, immersed in the liquid 10.
  • the pipe 2 is advantageously provided with honeycomb-type structures (not shown) shaped to confine the gas 4 with the liquid 10.
  • honeycomb-type structure defines patterns advantageously having a section less than or equal to one tenth. of section S of pipe 2, in order to greatly limit the separation of the liquid 10 / gas 4 mixture, in particular when the pipe 2 has non-vertical portions.
  • the pipe 2 advantageously forms a wall at least partially thermally insulated, preferably totally thermally insulated.
  • the pipe 2 can have an external surface which is completely or partially thermally insulated.
  • One advantage is being able to maintain a high temperature of the gas 4 in the pipe 2, and therefore to best conserve the energy supplied to the gas 4 during compression.
  • the fact of keeping a high temperature of the gas in the pipe 2 makes it possible to limit the volume density p 'of the liquid 10 / gas 4 mixture circulating in the pipe 2. This results in a high flow rate of the liquid 10 in the pipe 2. (cf. above, Toricelli formula with p '“p).
  • Line 2 advantageously has a hydrophobic internal surface in order to increase the flow rate of liquid 10 in line 2 by reducing its flow rate. adhesion.
  • the internal surface of the pipe 2 can be provided with a hydrophobic coating, for example made of polytetrafluoroethylene.
  • the reservoir 1 is movable in rotation about a vertical axis of rotation.
  • the pipe 2 is mounted integral in rotation with the reservoir 1.
  • the pipe 2 is therefore fixed with respect to the reservoir 1.
  • the upper end 21 of the pipe 2 is proximal with respect to the axis of rotation while the lower end 20 of pipe 2 is distal to the axis of rotation.
  • the installation advantageously comprises motorized drive means arranged to drive the reservoir 1 in rotation around the vertical axis of rotation.
  • the reservoir 1 is advantageously produced in the form of a drive arm 8 inside which is mounted integral with the lower end 20 of the pipe 2.
  • the drive arm 8 is arranged to drive the pipe 2 in rotation. around the vertical axis of rotation.
  • the drive arm 8 is advantageously provided with at least one opening 80 shaped to receive the liquid 10 so that the lower end 20 of the pipe 2 is immersed in the liquid 10.
  • the pipe 2 advantageously comprises a first part 22, horizontal, comprising the lower end 20.
  • the first part 22 of the pipe 2 can extend inside the drive arm 8.
  • the first part 22 of the pipe 2 can extend outside the drive arm 8, except the lower end 20 which must be immersed in the liquid 10, for example by means of an elbow connector.
  • the first horizontal part 22 of the pipe 2 is advantageously provided with at least one internal partition (not shown), preferably of helical shape.
  • the first horizontal part 22 of the pipe 2 can be provided with honeycomb-type structures (not shown) shaped to confine the gas 4 with the liquid 10.
  • the pipe 2 advantageously comprises a second part 23, comprising the upper end 21, and projecting from the drive arm 8.
  • the first and second parts 22, 23 of the pipe 2 are advantageously thermally insulated.
  • the first and second parts 22, 23 of the pipe 2 can have a thermally insulated outer surface.
  • Line 2 advantageously has a hydrophobic internal surface in order to increase the flow rate of liquid 10 in line 2 by reducing its adhesion.
  • the internal surface of the pipe 2 can be provided with a hydrophobic coating, for example made of polytetrafluoroethylene.
  • the drive arm 8 is advantageously provided with reinforcing members 81 arranged to hold the horizontal part 22 of the pipe 2 in position with respect to the driving arm 8. Such reinforcing members 81 make it possible to ensure the mechanical strength. of the pipe 2.
  • the motorized drive means comprise an M motor configured to rotate the drive arm 8 around the vertical axis of rotation, and to keep the rotational speed constant.
  • the rotation of the drive arm 8 by the motor M can be provided by gears or by a belt.
  • the motor M is configured to maintain a rotational speed of the drive arm 8 adapted so that the centripetal force exerted on the lower end 20 of the pipe 2 assists the gas 4 to set the liquid 10 in the pipe 2 in motion. from the lower end 20 to the upper end 21.
  • the drive arm 8 is advantageously provided with a cover adapted to reduce the friction of the drive arm 8 in the air.
  • the cover can be made in the form of a lenticular wheel.
  • the injection tube 5 comprises:
  • the first and second portions 51, 52 of the injection tube 5 are interconnected by means of a swivel joint 500.
  • the swivel joint 500 is advantageously thermally insulated from the environment in which it is located.
  • the tank 1 can be made in the form of a set of drive arms 8, preferably an even number (for example 4 or 6), arranged to drive several pipes 2 in rotation around a vertical axis of rotation.
  • the reservoir 1 is advantageously produced in the form of an even number of drive arms 8 because it is easier to produce and to balance.
  • the drive arms 8 of the assembly are advantageously integral with each other (for example by welding) so as to reduce the forces exerted on them.
  • the action turbine 3 is connected to the upper end 21 of the pipe 2 so as to be set in motion by a jet of liquid 10 exiting from the upper end 21 of the pipe 2, as illustrated in Figures 1. and 2.
  • a reaction turbine requires an immersion of the blades inside the pipe 2.
  • the action turbine 3 has blades arranged outside the pipe. pipe 2 so as to be set in motion by a jet of liquid 10 emerging from the upper end 21 of pipe 2.
  • the action turbine 3 is of the hydraulic type.
  • the action turbine 3 can be selected from a Pelton turbine, a Banki turbine, a Turgo turbine.
  • the action turbine 3 is preferably a Banki turbine because the flow speed of the liquid 10 at the outlet of the pipe 2 (ie leaving the upper end 21 of the pipe 2) is relatively low. (of the order of a few tens of m / s).
  • the blades of the action turbine 3 are arranged so as to face the upper end 21 of the pipe 2, away from the liquid 10. In other words, the blades of the action turbine 3 are arranged facing the upper end 21 of the pipe 2, away from the liquid 10.
  • the action turbine 3 is preferably selected from a Pelton turbine and a Turgo turbine.
  • the installation can include a set of 3 action turbines fed by line 2, to reduce infrastructure costs.
  • Each action turbine 3 of the assembly is connected to the upper end 21 of the pipe 2.
  • the installation may include:
  • each action turbine 3 being dedicated to a pipe 2.
  • the action turbine 3 advantageously has a diameter, denoted D, verifying:
  • the action turbine 3 is provided with a generator 30 for converting the kinetic energy of the liquid 10 into electrical energy.
  • the installation advantageously comprises a receiving tank 9 arranged downstream of the action turbine 3 to receive the mixture of gas 4 and liquid 10.
  • the receiving tank 2 has a section adapted so that the flow speed of the liquid 10 is reduced to a speed less than 0.2 m / s.
  • the receiving tank 9 is advantageously covered with a cover in order to avoid losses by misting.
  • the receiving tank 9 is integral in rotation with the tank 1.
  • the receiving tank 9 is advantageously provided with an Archimedean screw 90 arranged to guide the liquid 10 of the mixture towards the one or more. openings 80 of the driving arm 8.
  • the receiving tank 9 is arranged above the driving arm 8, at a suitable height so that the liquid 10 exiting the receiving tank 9 can acquire a satisfactory flow speed inside the drive arm 8 until it reaches the lower end 20 of the pipe 2.
  • the installation advantageously comprises a coalescer arranged downstream of the action turbine 3 to separate the mixture of gas 4 and liquid 10.
  • a coalescer arranged downstream of the action turbine 3 to separate the mixture of gas 4 and liquid 10.
  • the installation may include a battery B suitable for temporarily storing the electrical energy produced by the installation, which is particularly useful when the installation is fitted with a mobile transport device, and for restarting.
  • the installation may include valves, valves, non-return valves, a liquid retention tank 10, automatic liquid leveling valves 10 which may be useful for the proper functioning of the installation.
  • the installation advantageously comprises a protective casing arranged to surround the reservoir 1 and the action turbine 3.
  • the protective casing is advantageously arranged to also surround the compressor 6.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Said facility comprises: - a tank (1) containing a liquid (10); - a pipe (2) comprising a lower end (20) immersed in the liquid (10) and an upper end (21) emerging from the liquid (10); - an impulse turbine (3) attached to the upper end (21) of the pipe (2); - injection means designed to inject a gas (4) compressed at the lower end (20) of the pipe (2) so as to produce a flow rate of the liquid (10) in the pipe (2) from the lower end (20) to the upper end (21).

Description

INSTALLATION POUR FABRIQUER DE L’ELECTRICITE Domaine technique INSTALLATION FOR MANUFACTURING ELECTRICITY Technical field
L’invention se rapporte au domaine technique des installations pour fabriquer de l’électricité de manière écologique à partir de la mise en mouvement d’un liquide par un gaz comprimé. The invention relates to the technical field of installations for producing electricity in an ecological manner from the movement of a liquid by a compressed gas.
L’invention trouve notamment son application pour équiper un site fixe (e.g. une centrale, une habitation, une usine etc...) ou un appareil de transport mobile (maritime, terrestre, e.g. aéronef, sous-marin etc. . .). The invention finds its application in particular to equip a fixed site (e.g. a power plant, a home, a factory, etc.) or a mobile transport device (sea, land, e.g. aircraft, submarine, etc.).
Etat de la technique antérieure State of the prior art
Une installation connue de l’état de la technique, notamment du document US 4,767,938, comporte : An installation known from the state of the art, in particular from document US Pat. No. 4,767,938, comprises:
- un réservoir, contenant un liquide ; - a reservoir, containing a liquid;
- une première canalisation, comprenant : une extrémité supérieure, immergée dans le liquide, une extrémité inférieure, s’étendant en-dessous du réservoir, sous le sol ; la première canalisation présentant une section croissante de l’extrémité inférieure vers l’extrémité supérieure ; - a first pipe, comprising: an upper end, submerged in the liquid, a lower end, extending below the tank, under the ground; the first pipe having a section increasing from the lower end to the upper end;
- une deuxième canalisation, comprenant : une extrémité supérieure, s’étendant à partir du fond du réservoir, une extrémité inférieure, s’étendant sous le sol ; - a second pipe, comprising: an upper end, extending from the bottom of the tank, a lower end, extending below the ground;
- une turbine, de type hydroélectrique, reliée aux extrémités inférieures des première et deuxième canalisations ; - a hydroelectric type turbine, connected to the lower ends of the first and second pipes;
- des moyens d’injection, agencés pour injecter un gaz comprimé à l’extrémité inférieure de la première canalisation de manière à obtenir une vitesse d’écoulement du liquide dans la première canalisation depuis l’extrémité inférieure vers l’extrémité supérieure. - injection means, arranged to inject a compressed gas at the lower end of the first pipe so as to obtain a flow velocity of the liquid in the first pipe from the lower end to the upper end.
L’énergie cinétique du liquide, mis en mouvement par le gaz comprimé, est récupérée par la turbine après un écoulement du liquide depuis l’extrémité supérieure vers l’extrémité inférieure de la deuxième canalisation. The kinetic energy of the liquid, set in motion by the compressed gas, is recovered by the turbine after the liquid flows from the upper end to the lower end of the second pipe.
Une telle installation de l’état de la technique n’est pas entièrement satisfaisante dans la mesure où la turbine ne récupère pas l’énergie cinétique maximale du liquide mis en mouvement par le gaz comprimé. Exposé de l’invention Such an installation of the state of the art is not entirely satisfactory insofar as the turbine does not recover the maximum kinetic energy of the liquid set in motion by the compressed gas. Disclosure of the invention
L’invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités. A cet effet, l’invention a pour objet une installation pour fabriquer de l’électricité, comportant : The invention aims to remedy all or part of the aforementioned drawbacks. To this end, the invention relates to an installation for producing electricity, comprising:
- un réservoir, contenant un liquide ; - a reservoir, containing a liquid;
- une canalisation, comprenant : une extrémité inférieure, immergée dans le liquide, une extrémité supérieure, émergeant du liquide ; - a pipe, comprising: a lower end, immersed in the liquid, an upper end, emerging from the liquid;
- une turbine à action, reliée à l’extrémité supérieure de la canalisation ; - an action turbine, connected to the upper end of the pipeline;
- des moyens d’injection, agencés pour injecter un gaz comprimé à l’extrémité inférieure de la canalisation de manière à obtenir une vitesse d’écoulement du liquide dans la canalisation depuis l’extrémité inférieure vers l’extrémité supérieure. - injection means, arranged to inject a compressed gas at the lower end of the pipe so as to obtain a flow velocity of the liquid in the pipe from the lower end to the upper end.
Définitions Definitions
- Par « extrémité supérieure », on entend la portion d’extrémité de la canalisation qui présente la position la plus élevée dans le réservoir. - By "upper end" is meant the end portion of the pipe which has the highest position in the tank.
- Par « extrémité inférieure », on entend la portion d’extrémité de la canalisation qui présente la position la plus basse dans le réservoir. - By "lower end" is meant the end portion of the pipe which has the lowest position in the tank.
Ainsi, une telle installation selon l’invention permet, grâce à la turbine à action reliée à l’extrémité supérieure de la canalisation (et non à l’extrémité inférieure comme dans l’état de la technique), de récupérer l’énergie cinétique maximale du liquide mis en mouvement (et accéléré) par le gaz comprimé. Il est essentiel que la turbine soit à action (et non à réaction) afin de turbiner le débit d’écoulement du mélange liquide/gaz, contrairement à une turbine à réaction qui ne turbine que le liquide. Thus, such an installation according to the invention makes it possible, thanks to the action turbine connected to the upper end of the pipe (and not to the lower end as in the state of the art), to recover the kinetic energy maximum of the liquid set in motion (and accelerated) by the compressed gas. It is essential that the turbine be active (not reactive) in order to turbinate the flow rate of the liquid / gas mixture, unlike a reaction turbine which only turbines the liquid.
A titre illustratif, une telle installation selon l’invention permet de générer une puissance électrique allant de quelques kW à quelques MW. By way of illustration, such an installation according to the invention makes it possible to generate an electric power ranging from a few kW to a few MW.
L’installation selon l’invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. The installation according to the invention may include one or more of the following characteristics.
Selon une caractéristique de l’invention, les moyens d’injection sont configurés pour que l’extrémité supérieure de la canalisation possède un mélange de gaz et de liquide avec une proportion volumique de gaz comprise entre 20% et 70%, de préférence comprise entre 30% et 65%. Ainsi, un avantage procuré par une telle proportion volumique de gaz est d’éviter une détente isenthalpique du gaz dans la canalisation qui ne permettrait pas de récupérer efficacement l’énergie fournie au gaz, et par là-même ne permettrait pas d’obtenir une vitesse d’écoulement satisfaisante du liquide dans la canalisation depuis l’extrémité inférieure vers l’extrémité supérieure. En effet, lorsque le gaz est présent en trop grande quantité, celui-ci ne peut transmettre son énergie au liquide du fait de la formation de couloirs gazeux. Or, une telle proportion volumique de gaz autorise une détente proche d’une détente isentropique du gaz dans la canalisation de manière à obtenir une vitesse d’écoulement satisfaisante du liquide dans la canalisation depuis l’extrémité inférieure vers l’extrémité supérieure. On choisira une proportion de gaz comprise approximativement entre 60% et 70% afin d’obtenir le maximum de puissance de l’installation. Il est également possible de choisir une proportion de gaz inférieure à 60% avec une puissance générée plus faible mais avec un meilleur rendement. En revanche, lorsque la proportion volumique de gaz est inférieure à 20%, la quantité d’énergie contenue dans le gaz devient insuffisante pour accélérer de manière significative le liquide et obtenir un bilan positif du fait des différents rendements des moyens d’injection et de la turbine, et des pertes de charge. According to one characteristic of the invention, the injection means are configured so that the upper end of the pipe has a mixture of gas and liquid with a volume proportion of gas of between 20% and 70%, preferably between 30% and 65%. Thus, an advantage provided by such a volume proportion of gas is to avoid an isenthalpic expansion of the gas in the pipe which would not make it possible to efficiently recover the energy supplied to the gas, and thereby would not make it possible to obtain a satisfactory flow rate of liquid in the pipeline from the lower end to the upper end. Indeed, when the gas is present in too large a quantity, it cannot transmit its energy to the liquid due to the formation of gas corridors. However, such a volume proportion of gas allows an expansion close to an isentropic expansion of the gas in the pipe so as to obtain a satisfactory flow rate of the liquid in the pipe from the lower end to the upper end. We will choose a proportion of gas between approximately 60% and 70% in order to obtain the maximum power of the installation. It is also possible to choose a gas proportion of less than 60% with a lower power generated but with better efficiency. On the other hand, when the volume proportion of gas is less than 20%, the quantity of energy contained in the gas becomes insufficient to significantly accelerate the liquid and to obtain a positive balance due to the different efficiencies of the injection means and of the turbine, and pressure drops.
Selon une caractéristique de l’invention, les moyens d’injection comportent : According to one characteristic of the invention, the injection means comprise:
- un tube d’injection, connecté à l’extrémité inférieure de la canalisation, et de préférence isolé thermiquement ; - an injection tube, connected to the lower end of the pipe, and preferably thermally insulated;
- un compresseur, agencé pour fournir le gaz comprimé dans le tube d’injection. - a compressor, arranged to supply the compressed gas to the injection tube.
Ainsi, un avantage procuré par le fait d’isoler thermiquement le tube d’injection (isolé du liquide lorsque le tube d’injection s’étend à l’intérieur du réservoir ou isolé du milieu extérieur lorsque le tube d’injection s’étend en partie à l’extérieur du réservoir) est de pouvoir conserver une température élevée du gaz à l’extrémité inférieure de la canalisation, et donc conserver au mieux l’énergie fournie au gaz lors de la compression. Thus, an advantage obtained by the fact of thermally insulating the injection tube (isolated from the liquid when the injection tube extends inside the tank or isolated from the external environment when the injection tube extends partly outside the tank) is to be able to maintain a high temperature of the gas at the lower end of the pipe, and therefore to best conserve the energy supplied to the gas during compression.
Selon une caractéristique de l’invention, le compresseur présente une vitesse de rotation adaptée pour que l’extrémité supérieure de la canalisation possède un mélange de gaz et de liquide avec une proportion volumique de gaz comprise entre 20% et 70%, de préférence comprise entre 30% et 65%. According to one characteristic of the invention, the compressor has a speed of rotation suitable for the upper end of the pipe to have a mixture of gas and liquid with a volume proportion of gas of between 20% and 70%, preferably of between between 30% and 65%.
Selon une caractéristique de l’invention, le réservoir présente une section à valeur constante, notée å ; et les moyens d’injection comportent un dispositif Venturi, monté à l’extrémité inférieure de la canalisation, et présentant une section, notée s, vérifiant : Ainsi, un avantage procuré par le dispositif Venturi est de réduire la pression d’injection (i.e. la pression du gaz à l’extrémité inférieure de la canalisation au niveau de la section s du dispositif Venturi), et de pouvoir contrôler le débit du gaz injecté à l’extrémité inférieure de la canalisation. C’est ainsi qu’un tel dispositif Venturi avec une section s vérifiant la relation s < S/4 permet une excellente répartition du gaz au sein du liquide afin de favoriser le transfert d’énergie au liquide lors de la détente du gaz dans la canalisation. According to one characteristic of the invention, the reservoir has a section at constant value, denoted å; and the injection means comprise a Venturi device, mounted at the lower end of the pipe, and having a section, denoted s, verifying: Thus, an advantage provided by the Venturi device is to reduce the injection pressure (ie the gas pressure at the lower end of the pipe at the level of section s of the Venturi device), and to be able to control the gas flow. injected at the lower end of the pipeline. Thus, such a Venturi device with a section s verifying the relationship s <S / 4 allows excellent distribution of the gas within the liquid in order to promote the transfer of energy to the liquid during the expansion of the gas in the gas. pipeline.
Selon une caractéristique de l’invention, la vitesse de rotation du compresseur est adaptée à la section s du dispositif Venturi pour que l’extrémité supérieure de la canalisation possède un mélange de gaz et de liquide avec une proportion volumique de gaz comprise entre 20% et 70%, de préférence comprise entre 30% et 65%. According to one characteristic of the invention, the speed of rotation of the compressor is adapted to the section s of the Venturi device so that the upper end of the pipe has a mixture of gas and liquid with a volume proportion of gas of between 20% and 70%, preferably between 30% and 65%.
Selon une caractéristique de l’invention, la canalisation s’étend suivant une direction verticale, et le réservoir est fixe. According to a characteristic of the invention, the pipe extends in a vertical direction, and the reservoir is fixed.
Ainsi, un avantage procuré est d’utiliser le différentiel de densité volumique d’énergie potentielle de gravité entre le liquide du réservoir et le mélange liquide/ gaz circulant dans la canalisation, et ce afin d’assister le gaz à mettre en mouvement le liquide dans la canalisation depuis l’extrémité inférieure vers l’extrémité supérieure. Ce différentiel de densité volumique d’énergie potentielle de gravité peut se traduire selon la formule (p — p ') g h où : Thus, an advantage obtained is to use the volume density differential of potential energy of gravity between the liquid in the tank and the liquid / gas mixture circulating in the pipe, in order to assist the gas to set the liquid in motion. in the pipeline from the lower end to the upper end. This volume density differential of potential energy of gravity can be translated according to the formula (p - p ') g h where:
- p'est la densité volumique du mélange liquide/gaz circulant dans la canalisation,- p is the volume density of the liquid / gas mixture circulating in the pipe,
- p est la densité volumique du liquide dans le réservoir, - p is the volume density of the liquid in the tank,
- g est l’accélération normale de la pesanteur terrestre, - g is the normal acceleration of gravity,
- h est la hauteur de la canalisation, On peut estimer que la valeur de la vitesse d’écoulement du liquide dans la canalisation obéit à la formule de Torricelli, c'est-à-dire est approximativement égale à
Figure imgf000005_0001
·
- h is the height of the pipe, We can estimate that the value of the flow velocity of the liquid in the pipe obeys Torricelli's formula, that is to say is approximately equal to
Figure imgf000005_0001
·
Selon une caractéristique de l’invention, le réservoir est mobile en rotation autour d’un axe de rotation vertical ; la canalisation étant solidaire en rotation du réservoir ; l’extrémité supérieure de la canalisation étant proximale par rapport à l’axe de rotation, l’extrémité inférieure de la canalisation étant distale par rapport à l’axe de rotation. According to one characteristic of the invention, the reservoir is movable in rotation about a vertical axis of rotation; the pipe being integral in rotation with the reservoir; the upper end of the pipe being proximal to the axis of rotation, the lower end of the pipe being distal to the axis of rotation.
Ainsi, un avantage procuré est d’utiliser la force centripète (et non l’accélération normale de la pesanteur terrestre comme dans le cas où le réservoir est fixe) exercée sur l’extrémité inférieure de la canalisation pour assister le gaz à mettre en mouvement le liquide dans la canalisation depuis l’extrémité inférieure vers l’extrémité supérieure. L’utilisation de la force centripète permet d’obtenir des valeurs d’accélération supérieures (voire très supérieures e.g. un facteur 10 à 1000) à l’accélération normale de la pesanteur terrestre. Thus, an advantage obtained is to use the centripetal force (and not the normal acceleration of terrestrial gravity as in the case where the reservoir is fixed) exerted on the lower end of the pipe to assist the gas to be set in motion. the liquid in the pipeline from the lower end to the upper end. The use of the centripetal force makes it possible to obtain acceleration values greater (or even much greater eg by a factor of 10 to 1000) than the normal acceleration of gravity.
Selon une caractéristique de l’invention, l’installation comporte des moyens d’entraînement motorisés agencés pour entraîner en rotation le réservoir autour de l’axe de rotation vertical ; le réservoir étant réalisé sous la forme d’un bras d’entraînement à l’intérieur duquel est montée solidaire l’extrémité inférieure de la canalisation ; le bras d’entraînement étant muni d’au moins une ouverture conformée pour recevoir le liquide de sorte que l’extrémité inférieure de la canalisation est immergée dans le liquide. According to one characteristic of the invention, the installation comprises motorized drive means arranged to drive the reservoir in rotation around the vertical axis of rotation; the reservoir being made in the form of a drive arm inside which the lower end of the pipe is mounted integrally; the drive arm being provided with at least one opening shaped to receive the liquid so that the lower end of the line is submerged in the liquid.
Ainsi, un avantage procuré est d’obtenir une installation compacte dans la mesure où l’extrémité inférieure de la canalisation est immergée dans le liquide, à l’intérieur du réservoir formé par le bras d’entraînement. Thus, an advantage obtained is to obtain a compact installation insofar as the lower end of the pipe is immersed in the liquid, inside the reservoir formed by the drive arm.
Selon une caractéristique de l’invention, la canalisation comporte une partie horizontale comprenant l’extrémité inférieure ; la partie horizontale étant munie d’au moins une cloison interne, de préférence de forme hélicoïdale. According to a characteristic of the invention, the pipe has a horizontal part comprising the lower end; the horizontal part being provided with at least one internal partition, preferably of helical shape.
Ainsi, un avantage procuré par la ou les cloisons est de pouvoir limiter la séparation du mélange liquide/gaz occasionné par effet centrifuge. Thus, an advantage provided by the partition or partitions is to be able to limit the separation of the liquid / gas mixture caused by the centrifugal effect.
Selon une caractéristique de l’invention, l’installation comporte un carter de protection agencé pour envelopper le réservoir et la turbine à action. According to one characteristic of the invention, the installation comprises a protective casing arranged to surround the reservoir and the impeller.
Ainsi, un avantage procuré est d’obtenir une installation en circuit fermé, protégé du milieu extérieur. Le carter de protection est avantageusement agencé pour envelopper également le compresseur. L’installation peut ainsi fonctionner à pression constante, et s’affranchir des conditions extérieures. Thus, an advantage obtained is to obtain a closed circuit installation, protected from the outside environment. The protective casing is advantageously arranged to also surround the compressor. The installation can thus operate at constant pressure, and free itself from external conditions.
Selon une caractéristique de l’invention, l’installation comporte un bac de réception agencé en aval de la turbine à action pour réceptionner le mélange de gaz et de liquide. According to one characteristic of the invention, the installation comprises a receiving tank arranged downstream of the action turbine for receiving the mixture of gas and liquid.
Ainsi, un tel bac de réception, avec une section adaptée, permet de réduire la vitesse d’écoulement (verticale) du liquide en aval de la turbine à action. Lorsque le réservoir est mobile en rotation autour d’un axe vertical, le bac de réception est solidaire en rotation du réservoir afin de favoriser la séparation du mélange liquide/gaz par la centrifugation du mélange. Selon une caractéristique de l’invention, le bac de réception est muni d’une vis d’Archimède agencée pour guider le liquide du mélange vers la ou les ouvertures du bras d’entraînement. Thus, such a receiving tank, with a suitable section, makes it possible to reduce the (vertical) flow speed of the liquid downstream of the action turbine. When the tank is movable in rotation about a vertical axis, the receiving tank is integral in rotation with the tank in order to promote the separation of the liquid / gas mixture by centrifugation of the mixture. According to one characteristic of the invention, the receiving tank is provided with an Archimedean screw arranged to guide the liquid of the mixture towards the opening (s) of the drive arm.
Ainsi, un avantage procuré est d’être assuré de pouvoir récupérer le liquide malgré des accélérations négatives dans la direction verticale, ce qui est susceptible de se produire lorsque l’installation équipe un appareil de transport mobile tel qu’un véhicule terrestre ou un aéronef. Thus, an advantage obtained is to be assured of being able to recover the liquid despite negative accelerations in the vertical direction, which is likely to occur when the installation equips a mobile transport device such as a land vehicle or an aircraft. .
Selon une caractéristique de l’invention, la canalisation est munie de structures de type nid d’abeilles conformées pour confiner le gaz avec le liquide. According to one characteristic of the invention, the pipe is provided with honeycomb-type structures shaped to confine the gas with the liquid.
Ainsi, un avantage procuré est de limiter la séparation du mélange liquide/gaz, en particulier lorsque la canalisation présente des portions non-verticales ou lorsque le réservoir est mobile en rotation. Thus, an advantage obtained is to limit the separation of the liquid / gas mixture, in particular when the pipe has non-vertical portions or when the reservoir is mobile in rotation.
Selon une caractéristique de l’invention, le liquide est sélectionné parmi l’eau, l’eau glycolée, le formiate de potassium, le formiate de césium, un mélange de formiate de potassium et de formiate de césium. According to one characteristic of the invention, the liquid is selected from water, glycol water, potassium formate, cesium formate, a mixture of potassium formate and cesium formate.
Ainsi, un avantage procuré par l’eau glycolée, le formiate de potassium et le formiate de césium est d’avoir une densité supérieure à l’eau, tout en conservant des viscosités acceptables. Ainsi, de tels liquides permettent, pour un gaz donné et à hauteur de canalisation fixée, d’augmenter le différentiel de densité volumique d’énergie potentielle de gravité (entre le liquide du réservoir et le mélange liquide/gaz circulant dans la canalisation) par rapport à l’eau, et par là-même d’augmenter la puissance générée. Autrement dit, de tels liquides permettent, par rapport à l’eau, de réduire la hauteur de la canalisation tout en générant la même puissance. En outre, un avantage procuré par l’eau glycolée, le formiate de potassium et le formiate de césium est de geler à des températures nettement inférieures à 0°C. Thus, an advantage provided by glycol water, potassium formate and cesium formate is to have a higher density than water, while maintaining acceptable viscosities. Thus, such liquids make it possible, for a given gas and at a fixed pipe height, to increase the volume density differential of potential energy of gravity (between the liquid in the reservoir and the liquid / gas mixture circulating in the pipe) by compared to water, and thereby increase the power generated. In other words, such liquids make it possible, relative to water, to reduce the height of the pipe while generating the same power. In addition, an advantage of glycol water, potassium formate and cesium formate is that they freeze at temperatures well below 0 ° C.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans l’exposé détaillé de différents modes de réalisation de l’invention, l’exposé étant assorti d’exemples et de références aux dessins joints. Other features and advantages will become apparent from the detailed description of various embodiments of the invention, the disclosure being accompanied by examples and references to the accompanying drawings.
Figure 1 est une vue schématique d’une installation selon l’invention, illustrant un premier mode de réalisation où le réservoir est fixe. Figure 1 is a schematic view of an installation according to the invention, illustrating a first embodiment where the tank is fixed.
Figure 2 est une vue schématique d’une installation selon l’invention, illustrant un deuxième mode de réalisation où le réservoir est mobile en rotation. Exposé détaillé des modes de réalisation Figure 2 is a schematic view of an installation according to the invention, illustrating a second embodiment where the reservoir is movable in rotation. Detailed description of the embodiments
Les éléments identiques ou assurant la même fonction porteront les mêmes références pour les différents modes de réalisation, par souci de simplification. Elements that are identical or perform the same function will bear the same references for the different embodiments, for the sake of simplicity.
Un objet de l’invention est une installation pour fabriquer de l’électricité, comportant :An object of the invention is an installation for producing electricity, comprising:
- un réservoir 1, contenant un liquide 10 ; - a reservoir 1, containing a liquid 10;
- une canalisation 2, comprenant : une extrémité inférieure 20, immergée dans le liquide 10, une extrémité supérieure 21, émergeant du liquide 10 ; a pipe 2, comprising: a lower end 20, immersed in the liquid 10, an upper end 21, emerging from the liquid 10;
- une turbine à action 3, reliée à l’extrémité supérieure 21 de la canalisation 2 ; - an action turbine 3, connected to the upper end 21 of the pipe 2;
- des moyens d’injection, agencés pour injecter un gaz 4 comprimé à l’extrémité inférieure 20 de la canalisation 2 de manière à obtenir une vitesse d’écoulement du liquide 10 dans la canalisation 2 depuis l’extrémité inférieure 20 vers l’extrémité supérieure 21. - injection means, arranged to inject a gas 4 compressed at the lower end 20 of the pipe 2 so as to obtain a flow speed of the liquid 10 in the pipe 2 from the lower end 20 towards the end upper 21.
Réservoir et liquide Reservoir and liquid
Le réservoir 1 peut être au sol, enterré ou hors-sol (surélevé). Le réservoir 1 peut être formé par un barrage, par les contours d’un lac, ou encore par une structure de type château d’eau. Le réservoir 1 présente avantageusement une section supérieure à un seuil en-deçà duquel des bulles de gaz 4 sont entraînées en aval de la turbine à action 3 vers le fond du réservoir 1. Ainsi, une section du réservoir 1 supérieur à un tel seuil permet de fortement limiter un potentiel entraînement des bulles de gaz 4 en aval de la turbine à action 3 vers le fond du réservoir 1. The tank 1 can be on the ground, buried or above ground (raised). Reservoir 1 can be formed by a dam, by the contours of a lake, or even by a water tower-type structure. The reservoir 1 advantageously has a section greater than a threshold below which gas bubbles 4 are entrained downstream from the action turbine 3 towards the bottom of the reservoir 1. Thus, a section of the reservoir 1 greater than such a threshold allows to greatly limit a potential entrainment of the gas bubbles 4 downstream of the action turbine 3 towards the bottom of the tank 1.
Le liquide 10 est avantageusement sélectionné parmi l’eau, l’eau glycolée, le formiate de potassium, le formiate de césium, un mélange de formiate de potassium et de formiate de césium. Bien entendu, d’autres liquides 10 peuvent être utilisés, de préférence ayant une densité supérieure à l’eau, tout en conservant des viscosités acceptables. Par exemple, le liquide 10 peut être une huile thermiquement stable entre 250°C et 300°C. Par « thermiquement stable », on entend que l’huile ne subit ni changement d’état (pression de vapeur saturante suffisamment faible), ni dégradation thermique. The liquid 10 is advantageously selected from water, glycol water, potassium formate, cesium formate, a mixture of potassium formate and cesium formate. Of course, other liquids can be used, preferably having a density greater than water, while maintaining acceptable viscosities. For example, liquid 10 can be a thermally stable oil between 250 ° C and 300 ° C. By "thermally stable" is meant that the oil undergoes neither change of state (sufficiently low saturating vapor pressure) nor thermal degradation.
Moyens d’injection Means of injection
Le gaz 4 comprimé est préférentiellement de l’air. The compressed gas 4 is preferably air.
Les moyens d’injection comportent avantageusement : The injection means advantageously include:
- un tube d’injection 5, connecté à l’extrémité inférieure 20 de la canalisation 2 ; - un compresseur 6, agencé pour fournir le gaz 4 comprimé dans le tube d’injection 5.- an injection tube 5, connected to the lower end 20 of the pipe 2; - a compressor 6, arranged to supply the gas 4 compressed in the injection tube 5.
Le tube d’injection 5 est avantageusement isolé thermiquement du liquide 10 (lorsque le tube d’injection 5 s’étend à l’intérieur du réservoir 1) de sorte que toute la chaleur contenue dans le gaz 4 au niveau du compresseur 6 (ou au niveau du dernier étage dans le cas d’un compresseur 6 multi-étagé) peut être restituée à l’extrémité inférieure 20 de la canalisation 2. Lorsque le tube d’injection s’étend en partie à l’extérieur du réservoir 1, le tube d’injection 5 est avantageusement isolé thermiquement du milieu extérieur. Pour ce faire, le tube d’injection 5 est avantageusement entouré d’un isolant thermique sélectionné parmi une poudre d’alumine, la perlite, la laine de roche, le vide, le liège, une fibre céramique. Le tube d’injection 5 peut s’étendre entièrement à l’intérieur du réservoir 1. Selon une variante, le tube d’injection 5 peut comporter une partie s’étendant en dehors du réservoir 1. The injection tube 5 is advantageously thermally insulated from the liquid 10 (when the injection tube 5 extends inside the tank 1) so that all the heat contained in the gas 4 at the level of the compressor 6 (or at the level of the last stage in the case of a multi-stage compressor 6) can be restored to the lower end 20 of the pipe 2. When the injection tube extends partly outside the tank 1, the injection tube 5 is advantageously thermally insulated from the external environment. To do this, the injection tube 5 is advantageously surrounded by a thermal insulator selected from an alumina powder, perlite, rock wool, vacuum, cork, a ceramic fiber. The injection tube 5 may extend entirely inside the reservoir 1. Alternatively, the injection tube 5 may have a part extending outside the reservoir 1.
Les moyens d’injection sont avantageusement configurés pour que l’extrémité supérieure 21 de la canalisation 2 possède un mélange de gaz 4 et de liquide 10 avec une proportion volumique de gaz 4 comprise entre 20% et 70%, de préférence comprise entre 30% et 65%. Pour ce faire, le compresseur 6 présente une vitesse de rotation adaptée pour que, en régime permanent, l’extrémité supérieure 21 de la canalisation 2 possède un mélange de gaz 4 et de liquide 10 avec une proportion volumique de gaz 4 comprise entre 20% et 70%, de préférence comprise entre 30% et 65%. The injection means are advantageously configured so that the upper end 21 of the pipe 2 has a mixture of gas 4 and liquid 10 with a volume proportion of gas 4 of between 20% and 70%, preferably between 30%. and 65%. To do this, the compressor 6 has a rotational speed suitable so that, in steady state, the upper end 21 of the pipe 2 has a mixture of gas 4 and liquid 10 with a volume proportion of gas 4 of between 20%. and 70%, preferably between 30% and 65%.
Le réservoir 1 présente avantageusement une section à valeur constante, notée å. Les moyens d’injection comportent avantageusement un dispositif Venturi 7, monté à l’extrémité inférieure 20 de la canalisation 2, et présentant une section, notée s, vérifiant : s < S/4. The reservoir 1 advantageously has a section with constant value, denoted å. The injection means advantageously comprise a Venturi device 7, mounted at the lower end 20 of the pipe 2, and having a section, denoted s, verifying: s <S / 4.
En présence du dispositif Venturi 7, la vitesse de rotation du compresseur 6 est avantageusement adaptée à la section s du dispositif Venturi 7 pour que, en régime permanent, l’extrémité supérieure 21 de la canalisation 2 possède un mélange de gaz 4 et de liquide 10 avec une proportion volumique de gaz 4 comprise entre 20% et 70%, de préférence comprise entre 30% et 65%. Lorsque la pression au niveau du dispositif Venturi 7 est inférieure à 4 bars, le compresseur 6 peut être mono-étagé. Lorsque la pression au niveau du dispositif Venturi 7 est supérieure à 4 bars, le compresseur 6 est préférentiellement multi- étagé. On refroidit le gaz 4 sur tous les étages du compresseur 6, excepté le dernier étage, afin de se rapprocher d’une compression isotherme moins consommatrice d’énergie. A titre d’exemple, le gaz 4 comprimé sortant du compresseur 6 peut être de l’ordre de 250°C. Le compresseur 6 est de préférence adapté c'est-à-dire que la pression obtenue en sortie du compresseur 6 correspond à la pression au niveau du dispositif Venturi 7 et aux pertes de charge. Lorsque le compresseur 6 est adapté, la vitesse de rotation du compresseur 6 et le taux de compression interne sont avantageusement adaptées à la section s du dispositif Venturi 7 pour que, en régime permanent, l’extrémité supérieure 21 de la canalisation 2 possède un mélange de gaz 4 et de liquide 10 avec une proportion volumique de gaz 4 comprise entre 20% et 70%, de préférence comprise entre 30% et 65%. In the presence of the Venturi device 7, the speed of rotation of the compressor 6 is advantageously adapted to the section s of the Venturi device 7 so that, in steady state, the upper end 21 of the pipe 2 has a mixture of gas 4 and liquid. 10 with a volume proportion of gas 4 of between 20% and 70%, preferably between 30% and 65%. When the pressure at the level of the Venturi device 7 is less than 4 bars, the compressor 6 can be single-stage. When the pressure at the level of the Venturi device 7 is greater than 4 bars, the compressor 6 is preferably multistage. The gas 4 is cooled on all the stages of the compressor 6, except the last stage, in order to approach an isothermal compression which consumes less energy. By way of example, the compressed gas 4 leaving the compressor 6 can be of the order of 250 ° C. The compressor 6 is preferably suitable, ie the pressure obtained at the outlet of the compressor 6 corresponds to the pressure at the level of the Venturi device 7 and to the pressure drops. When the compressor 6 is suitable, the speed of rotation of the compressor 6 and the internal compression ratio are advantageously adapted to the section s of the Venturi device 7 so that, in steady state, the upper end 21 of the pipe 2 has a mixture of gas 4 and liquid 10 with a volume proportion of gas 4 of between 20% and 70%, preferably between 30% and 65%.
Le dispositif Venturi 7 est un injecteur Venturi choisi en fonction de la section, notée S, de la canalisation 2. Le dispositif Venturi 7 présente une surface interne possédant une zone d’étranglement de section s, et délimitant une chambre de mélange du liquide 10 et du gaz 4. Le dispositif Venturi 7 est avantageusement monté à l’intérieur de l’extrémité inférieure 20 de la canalisation lorsque la section S de la canalisation 2 est inférieure à 200 mm. A titre d’exemple non limitatif, on pourra choisir un dispositif Venturi 7 de type trompe à eau inversé. Le dispositif Venturi 7 est avantageusement monté à l’extérieur de l’extrémité inférieure 20 de la canalisation 2 lorsque la section S de la canalisation 2 est comprise entre 200 mm et 500 mm. Lorsque la section S de la canalisation 2 est supérieure à 500 mm, les moyens d’injection comportent avantageusement : The Venturi device 7 is a Venturi injector chosen as a function of the section, denoted S, of the pipe 2. The Venturi device 7 has an internal surface having a throttling zone of section s, and delimiting a liquid mixing chamber 10. and gas 4. The Venturi device 7 is advantageously mounted inside the lower end 20 of the pipe when the section S of the pipe 2 is less than 200 mm. By way of nonlimiting example, a Venturi device 7 of the inverted water pump type can be chosen. The Venturi device 7 is advantageously mounted outside the lower end 20 of the pipe 2 when the section S of the pipe 2 is between 200 mm and 500 mm. When the section S of the pipe 2 is greater than 500 mm, the injection means advantageously include:
- un premier dispositif Venturi 7 monté à l’intérieur de l’extrémité inférieure 20 de la canalisation, - a first Venturi device 7 mounted inside the lower end 20 of the pipe,
- un second dispositif Venturi 7 monté à l’extérieur de l’extrémité inférieure 20 de la canalisation 2. - a second Venturi device 7 mounted outside the lower end 20 of the pipe 2.
Par ailleurs, on choisira avantageusement S et s de sorte que la différence (S-s) correspond à la section nécessaire pour faire passer le gaz 4 à la pression du dispositif Venturi 7. En d’autres termes, on choisira avantageusement S et s de sorte que la vitesse d’écoulement du liquide 10 à la section s du dispositif Venturi 7 est égale à la vitesse d’écoulement du mélange liquide 10/ gaz 4 en aval du dispositif Venturi 7. Furthermore, S and s will advantageously be chosen so that the difference (Ss) corresponds to the section necessary for passing the gas 4 at the pressure of the Venturi device 7. In other words, S and s will advantageously be chosen so that the flow speed of the liquid 10 at section s of the Venturi device 7 is equal to the flow speed of the liquid 10 / gas 4 mixture downstream of the Venturi device 7.
Canalisation avec réservoir fixe Pipe with fixed tank
Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 1, la canalisation 2 s’étend suivant une direction verticale, et le réservoir 1 est fixe. La canalisation 2 s’étend à l’intérieur du réservoir 1. La canalisation 2 est fixe par rapport au réservoir 1. La canalisation 2 peut être montée solidaire du réservoir 1. La canalisation 2 présente une hauteur supérieure à un seuil au-delà duquel l’installation peut produire plus d’électricité qu’elle n’en consomme. Comme évoqué précédemment, on peut estimer que la valeur de la vitesse d’écoulement du liquide 10 dans la canalisation 2 obéit à la formule de Torricelli, c'est-à-dire est approximativement égale
Figure imgf000010_0001
g est l’accélération normale de la pesanteur terrestre, - h est la hauteur de la canalisation 2,
According to a first embodiment illustrated in FIG. 1, the pipe 2 extends in a vertical direction, and the reservoir 1 is fixed. Line 2 extends inside tank 1. Line 2 is fixed relative to tank 1. Line 2 can be mounted integral with tank 1. Line 2 has a height greater than a threshold beyond which the installation can produce more electricity than it consumes. As mentioned previously, it can be estimated that the value of the flow velocity of liquid 10 in line 2 obeys Torricelli's formula, that is to say is approximately equal
Figure imgf000010_0001
g is the normal acceleration of gravity, - h is the height of pipe 2,
- p'est la densité volumique du mélange liquide 10/gaz 4 circulant dans la canalisation,- p is the volume density of the liquid 10 / gas 4 mixture circulating in the pipe,
- p est la densité volumique du liquide 10 dans le réservoir 1, - p is the volume density of liquid 10 in tank 1,
La canalisation 2 présente préférentiellement une hauteur supérieure ou égale à 30 m lorsque le liquide 10 est de l’eau. La canalisation 2 peut présenter une section S constante. La canalisation 2 peut présenter une section S décroissante de l’extrémité inférieure 20 vers l’extrémité supérieure 21 afin d’augmenter la vitesse d’écoulement du liquide 10 dans la canalisation 2 (depuis l’extrémité inférieure 20 vers l’extrémité supérieure 21) par rapport à une section S constante. La canalisation 2 peut avoir une forme conique de manière à présenter une section S décroissante de l’extrémité inférieure 20 vers l’extrémité supérieure 21. Line 2 preferably has a height greater than or equal to 30 m when the liquid 10 is water. Line 2 can have a constant section S. Line 2 may have a section S decreasing from the lower end 20 to the upper end 21 in order to increase the flow speed of the liquid 10 in the line 2 (from the lower end 20 to the upper end 21 ) with respect to a constant section S. The pipe 2 may have a conical shape so as to have a section S decreasing from the lower end 20 to the upper end 21.
Le tube d’injection 5 comprend avantageusement une portion verticale 50 qui s’étend préférentiellement à l’intérieur du réservoir 1, immergée dans le liquide 10. Un avantage procuré est de pouvoir déporter le compresseur 6, et par là-même de faciliter sa mise en place. En effet, selon la nature du réservoir 1, il peut être délicat de disposer le compresseur 6 au voisinage de l’extrémité inférieure 20 de la canalisation 2. The injection tube 5 advantageously comprises a vertical portion 50 which preferably extends inside the reservoir 1, immersed in the liquid 10. An advantage provided is to be able to deport the compressor 6, and thereby to facilitate its operation. setting up. Indeed, depending on the nature of the reservoir 1, it may be difficult to place the compressor 6 in the vicinity of the lower end 20 of the pipe 2.
La canalisation 2 est avantageusement munie de structures de type nid d’abeilles (non illustrées) conformées pour confiner le gaz 4 avec le liquide 10. Chaque structure de type nid d’abeilles délimite des motifs présentant avantageusement une section inférieure ou égale à un dixième de la section S de la canalisation 2, et ce afin de limiter fortement la séparation du mélange liquide 10/gaz 4, en particulier lorsque la canalisation 2 présente des portions non- verticales. The pipe 2 is advantageously provided with honeycomb-type structures (not shown) shaped to confine the gas 4 with the liquid 10. Each honeycomb-type structure defines patterns advantageously having a section less than or equal to one tenth. of section S of pipe 2, in order to greatly limit the separation of the liquid 10 / gas 4 mixture, in particular when the pipe 2 has non-vertical portions.
La canalisation 2 forme avantageusement une paroi au moins partiellement isolée thermiquement, de préférence totalement isolée thermiquement. Pour ce faire, la canalisation 2 peut présenter une surface externe en tout ou partie isolée thermiquement. Un avantage procuré est de pouvoir conserver une température élevée du gaz 4 dans la canalisation 2, et donc conserver au mieux l’énergie fournie au gaz 4 lors de la compression. Le fait de conserver une température élevée du gaz dans la canalisation 2 permet de limiter la densité volumique p' du mélange liquide 10/gaz 4 circulant dans la canalisation 2. Il en résulte une vitesse d’écoulement du liquide 10 élevée dans la canalisation 2 (cf. supra, formule de Toricelli avec p'« p). The pipe 2 advantageously forms a wall at least partially thermally insulated, preferably totally thermally insulated. To do this, the pipe 2 can have an external surface which is completely or partially thermally insulated. One advantage is being able to maintain a high temperature of the gas 4 in the pipe 2, and therefore to best conserve the energy supplied to the gas 4 during compression. The fact of keeping a high temperature of the gas in the pipe 2 makes it possible to limit the volume density p 'of the liquid 10 / gas 4 mixture circulating in the pipe 2. This results in a high flow rate of the liquid 10 in the pipe 2. (cf. above, Toricelli formula with p '“p).
La canalisation 2 présente avantageusement une surface interne hydrophobe afin d’augmenter la vitesse d’écoulement du liquide 10 dans la canalisation 2 en réduisant son adhérence. Pour ce faire, la surface interne de la canalisation 2 peut être munie d’un revêtement hydrophobe, par exemple réalisé en polytétrafluoroéthylène. Line 2 advantageously has a hydrophobic internal surface in order to increase the flow rate of liquid 10 in line 2 by reducing its flow rate. adhesion. To do this, the internal surface of the pipe 2 can be provided with a hydrophobic coating, for example made of polytetrafluoroethylene.
Canalisation avec réservoir mobile en rotation Pipe with rotating mobile tank
Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 2, le réservoir 1 est mobile en rotation autour d’un axe de rotation vertical. La canalisation 2 est montée solidaire en rotation du réservoir 1. La canalisation 2 est donc fixe par rapport au réservoir 1. L’extrémité supérieure 21 de la canalisation 2 est proximale par rapport à l’axe de rotation tandis que l’extrémité inférieure 20 de la canalisation 2 est distale par rapport à l’axe de rotation. According to a second embodiment illustrated in Figure 2, the reservoir 1 is movable in rotation about a vertical axis of rotation. The pipe 2 is mounted integral in rotation with the reservoir 1. The pipe 2 is therefore fixed with respect to the reservoir 1. The upper end 21 of the pipe 2 is proximal with respect to the axis of rotation while the lower end 20 of pipe 2 is distal to the axis of rotation.
L’installation comporte avantageusement des moyens d’entraînement motorisés agencés pour entraîner en rotation le réservoir 1 autour de l’axe de rotation vertical. Le réservoir 1 est avantageusement réalisé sous la forme d’un bras d’entraînement 8 à l’intérieur duquel est montée solidaire l’extrémité inférieure 20 de la canalisation 2. Le bras d’entraînement 8 est agencé pour entraîner en rotation la canalisation 2 autour de l’axe de rotation vertical. Le bras d’entraînement 8 est avantageusement muni d’au moins une ouverture 80 conformée pour recevoir le liquide 10 de sorte que l’extrémité inférieure 20 de la canalisation 2 est immergée dans le liquide 10. The installation advantageously comprises motorized drive means arranged to drive the reservoir 1 in rotation around the vertical axis of rotation. The reservoir 1 is advantageously produced in the form of a drive arm 8 inside which is mounted integral with the lower end 20 of the pipe 2. The drive arm 8 is arranged to drive the pipe 2 in rotation. around the vertical axis of rotation. The drive arm 8 is advantageously provided with at least one opening 80 shaped to receive the liquid 10 so that the lower end 20 of the pipe 2 is immersed in the liquid 10.
La canalisation 2 comporte avantageusement une première partie 22, horizontale, comprenant l’extrémité inférieure 20. La première partie 22 de la canalisation 2 peut s’étendre à l’intérieur du bras d’entraînement 8. Selon une alternative, la première partie 22 de la canalisation 2 peut s’étendre à l’extérieur du bras d’entraînement 8, excepté l’extrémité inférieure 20 qui doit être immergée dans le liquide 10, par exemple à l’aide d’un raccord coudé. La première partie 22 horizontale de la canalisation 2 est avantageusement munie d’au moins une cloison interne (non illustrée), de préférence de forme hélicoïdale. A titre de variante, la première partie 22 horizontale de la canalisation 2 peut être munie de structures de type nid d’abeilles (non illustrées) conformées pour confiner le gaz 4 avec le liquide 10. La canalisation 2 comporte avantageusement une seconde partie 23, comprenant l’extrémité supérieure 21, et s’étendant en saillie du bras d’entraînement 8. Les première et seconde parties 22, 23 de la canalisation 2 sont avantageusement isolées thermiquement. Pour ce faire, les première et seconde parties 22, 23 de la canalisation 2 peuvent présenter une surface externe isolée thermiquement. La canalisation 2 présente avantageusement une surface interne hydrophobe afin d’augmenter la vitesse d’écoulement du liquide 10 dans la canalisation 2 en réduisant son adhérence. Pour ce faire, la surface interne de la canalisation 2 peut être munie d’un revêtement hydrophobe, par exemple réalisé en polytétrafluoroéthylène. Le bras d’entraînement 8 est avantageusement muni d’organes de renfort 81 agencés pour maintenir en position la partie horizontale 22 de la canalisation 2 par rapport au bras d’entraînement 8. De tels organes de renfort 81 permettent d’assurer la résistance mécanique de la canalisation 2. The pipe 2 advantageously comprises a first part 22, horizontal, comprising the lower end 20. The first part 22 of the pipe 2 can extend inside the drive arm 8. According to an alternative, the first part 22 of the pipe 2 can extend outside the drive arm 8, except the lower end 20 which must be immersed in the liquid 10, for example by means of an elbow connector. The first horizontal part 22 of the pipe 2 is advantageously provided with at least one internal partition (not shown), preferably of helical shape. As a variant, the first horizontal part 22 of the pipe 2 can be provided with honeycomb-type structures (not shown) shaped to confine the gas 4 with the liquid 10. The pipe 2 advantageously comprises a second part 23, comprising the upper end 21, and projecting from the drive arm 8. The first and second parts 22, 23 of the pipe 2 are advantageously thermally insulated. To do this, the first and second parts 22, 23 of the pipe 2 can have a thermally insulated outer surface. Line 2 advantageously has a hydrophobic internal surface in order to increase the flow rate of liquid 10 in line 2 by reducing its adhesion. To do this, the internal surface of the pipe 2 can be provided with a hydrophobic coating, for example made of polytetrafluoroethylene. The drive arm 8 is advantageously provided with reinforcing members 81 arranged to hold the horizontal part 22 of the pipe 2 in position with respect to the driving arm 8. Such reinforcing members 81 make it possible to ensure the mechanical strength. of the pipe 2.
Les moyens d’entraînement motorisés comportent un moteur M configuré pour mettre en rotation le bras d’entraînement 8 autour de l’axe de rotation vertical, et maintenir la vitesse de rotation constante. A titre d’exemple, la mise en rotation du bras d’entraînement 8 par le moteur M peut être assurée par des engrenages ou par une courroie. Le moteur M est configuré pour maintenir une vitesse de rotation du bras d’entraînement 8 adaptée de sorte que la force centripète exercée sur l’extrémité inférieure 20 de la canalisation 2 assiste le gaz 4 à mettre en mouvement le liquide 10 dans la canalisation 2 depuis l’extrémité inférieure 20 vers l’extrémité supérieure 21. The motorized drive means comprise an M motor configured to rotate the drive arm 8 around the vertical axis of rotation, and to keep the rotational speed constant. For example, the rotation of the drive arm 8 by the motor M can be provided by gears or by a belt. The motor M is configured to maintain a rotational speed of the drive arm 8 adapted so that the centripetal force exerted on the lower end 20 of the pipe 2 assists the gas 4 to set the liquid 10 in the pipe 2 in motion. from the lower end 20 to the upper end 21.
Le bras d’entraînement 8 est avantageusement muni d’un capot adapté pour réduire les frottements du bras d’entraînement 8 dans l’air. Le capot peut être réalisé sous la forme d’une roue lenticulaire. The drive arm 8 is advantageously provided with a cover adapted to reduce the friction of the drive arm 8 in the air. The cover can be made in the form of a lenticular wheel.
Le tube d’injection 5 comporte : The injection tube 5 comprises:
- une première portion 51, solidaire en rotation du bras d’entraînement 8, et connectée à l’extrémité inférieure 20 de la canalisation 2 ; - a first portion 51, integral in rotation with the drive arm 8, and connected to the lower end 20 of the pipe 2;
- une seconde portion 52, fixe, et connectée au compresseur 6. - a second portion 52, fixed, and connected to the compressor 6.
Les première et seconde portions 51, 52 du tube d’injection 5 sont raccordées entre elles par l’intermédiaire d’un raccord tournant 500. Le raccord tournant 500 est avantageusement isolé thermiquement du milieu dans lequel il se trouve. The first and second portions 51, 52 of the injection tube 5 are interconnected by means of a swivel joint 500. The swivel joint 500 is advantageously thermally insulated from the environment in which it is located.
Le réservoir 1 peut être réalisé sous la forme d’un ensemble de bras d’entraînement 8, de préférence un nombre pair (par exemple 4 ou 6), agencés pour entraîner en rotation plusieurs canalisations 2 autour d’un axe de rotation vertical. Le réservoir 1 est avantageusement réalisé sous la forme d’un nombre pair de bras d’entraînement 8 car plus facile à réaliser et à équilibrer. Les bras d’entraînement 8 de l’ensemble sont avantageusement solidaires entre eux (par exemple par soudage) de manière à réduire les efforts s’exerçant sur eux. The tank 1 can be made in the form of a set of drive arms 8, preferably an even number (for example 4 or 6), arranged to drive several pipes 2 in rotation around a vertical axis of rotation. The reservoir 1 is advantageously produced in the form of an even number of drive arms 8 because it is easier to produce and to balance. The drive arms 8 of the assembly are advantageously integral with each other (for example by welding) so as to reduce the forces exerted on them.
Turbine à action Action turbine
Par définition, la turbine à action 3 est reliée à l’extrémité supérieure 21 de la canalisation 2 de manière à être mise en mouvement par un jet du liquide 10 sortant de l’extrémité supérieure 21 de la canalisation 2, comme illustré aux figures 1 et 2. Au contraire, une turbine à réaction nécessite une immersion des aubes à l’intérieur de la canalisation 2. En d’autres termes, la turbine à action 3 présente des aubes agencées à l’extérieur de la canalisation 2 de manière à être mises en mouvement par un jet du liquide 10 sortant de l’extrémité supérieure 21 de la canalisation 2. By definition, the action turbine 3 is connected to the upper end 21 of the pipe 2 so as to be set in motion by a jet of liquid 10 exiting from the upper end 21 of the pipe 2, as illustrated in Figures 1. and 2. On the contrary, a reaction turbine requires an immersion of the blades inside the pipe 2. In other words, the action turbine 3 has blades arranged outside the pipe. pipe 2 so as to be set in motion by a jet of liquid 10 emerging from the upper end 21 of pipe 2.
Lorsque le liquide 10 est de l’eau, la turbine à action 3 est de type hydraulique. La turbine à action 3 peut être sélectionnée parmi une turbine Pelton, une turbine Banki, une turbine Turgo. When the liquid 10 is water, the action turbine 3 is of the hydraulic type. The action turbine 3 can be selected from a Pelton turbine, a Banki turbine, a Turgo turbine.
Lorsque le réservoir 1 est fixe, la turbine à action 3 est de préférence une turbine Banki car la vitesse d’écoulement du liquide 10 en sortie de la canalisation 2 (i.e. sortant de l’extrémité supérieure 21 de la canalisation 2) est relativement faible (de l’ordre de quelques dizaines de m/s). Comme illustré à la figure 1, les aubes de la turbine à action 3 sont agencées de manière à faire face à l’extrémité supérieure 21 de la canalisation 2, à distance du liquide 10. Autrement dit, les aubes de la turbine à action 3 sont agencées en regard de l’extrémité supérieure 21 de la canalisation 2, à distance du liquide 10. When the tank 1 is fixed, the action turbine 3 is preferably a Banki turbine because the flow speed of the liquid 10 at the outlet of the pipe 2 (ie leaving the upper end 21 of the pipe 2) is relatively low. (of the order of a few tens of m / s). As illustrated in Figure 1, the blades of the action turbine 3 are arranged so as to face the upper end 21 of the pipe 2, away from the liquid 10. In other words, the blades of the action turbine 3 are arranged facing the upper end 21 of the pipe 2, away from the liquid 10.
Lorsque le réservoir 1 est mobile en rotation, la turbine à action 3 est de préférence sélectionnée parmi une turbine Pelton et une turbine Turgo. When the reservoir 1 is mobile in rotation, the action turbine 3 is preferably selected from a Pelton turbine and a Turgo turbine.
Lorsque le réservoir 1 est fixe, l’installation peut comporter un ensemble de turbines à action 3 alimentées par la canalisation 2, et ce pour réduire les coûts d’infrastructure. Chaque turbine à action 3 de l’ensemble est reliée à l’extrémité supérieure 21 de la canalisation 2. When the tank 1 is fixed, the installation can include a set of 3 action turbines fed by line 2, to reduce infrastructure costs. Each action turbine 3 of the assembly is connected to the upper end 21 of the pipe 2.
Lorsque le réservoir 1 est fixe, l’installation peut comporter : When the tank 1 is fixed, the installation may include:
- un ensemble de canalisations 2, - a set of pipes 2,
- un ensemble de turbines à action 3, chaque turbine à action 3 étant dédiée à une canalisation 2. - a set of action turbines 3, each action turbine 3 being dedicated to a pipe 2.
Lorsque le réservoir 1 est mobile en rotation, la turbine à action 3 présente avantageusement un diamètre, noté D, vérifiant : When the reservoir 1 is mobile in rotation, the action turbine 3 advantageously has a diameter, denoted D, verifying:
D < L/5, où L est la longueur du bras d’entraînement (i.e. la dimension selon la direction horizontale). Un tel dimensionnement permet de diminuer la vitesse (tangentielle) du bras d’entraînement au niveau de la turbine à action 3, et également d’éviter de perdre de l’énergie pour mettre en rotation le liquide 10. D <L / 5, where L is the length of the training arm (i.e. the dimension in the horizontal direction). Such sizing makes it possible to reduce the (tangential) speed of the drive arm at the level of the action turbine 3, and also to avoid wasting energy to rotate the liquid 10.
La turbine à action 3 est munie d’une génératrice 30 permettant de convertir l’énergie cinétique du liquide 10 en énergie électrique. The action turbine 3 is provided with a generator 30 for converting the kinetic energy of the liquid 10 into electrical energy.
Bac de réception du mélange liquide/gaz Receiving tank for the liquid / gas mixture
L’installation comporte avantageusement un bac de réception 9 agencé en aval de la turbine à action 3 pour réceptionner le mélange de gaz 4 et de liquide 10. Lorsque le réservoir 1 est fixe, le bac de réception 2 présente une section adaptée de sorte que vitesse d’écoulement du liquide 10 est réduite à une vitesse inférieure à 0,2 m/s. Le bac de réception 9 est avantageusement recouvert d’un capot afin d’éviter les pertes par brumisation. Lorsque le réservoir 1 est mobile en rotation, le bac de réception 9 est solidaire en rotation du réservoir 1. Le bac de réception 9 est avantageusement muni d’une vis d’Archimède 90 agencée pour guider le liquide 10 du mélange vers la ou les ouvertures 80 du bras d’entraînement 8. Le bac de réception 9 est agencé au-dessus du bras d’entraînement 8, à une hauteur adaptée de sorte que le liquide 10 sortant du bac de réception 9 peut acquérir une vitesse d’écoulement satisfaisante à l’intérieur du bras d’entraînement 8 jusqu’à atteindre l’extrémité inférieure 20 de la canalisation 2. The installation advantageously comprises a receiving tank 9 arranged downstream of the action turbine 3 to receive the mixture of gas 4 and liquid 10. When the tank 1 is fixed, the receiving tank 2 has a section adapted so that the flow speed of the liquid 10 is reduced to a speed less than 0.2 m / s. The receiving tank 9 is advantageously covered with a cover in order to avoid losses by misting. When the tank 1 is movable in rotation, the receiving tank 9 is integral in rotation with the tank 1. The receiving tank 9 is advantageously provided with an Archimedean screw 90 arranged to guide the liquid 10 of the mixture towards the one or more. openings 80 of the driving arm 8. The receiving tank 9 is arranged above the driving arm 8, at a suitable height so that the liquid 10 exiting the receiving tank 9 can acquire a satisfactory flow speed inside the drive arm 8 until it reaches the lower end 20 of the pipe 2.
Equipements additionnels Additional equipment
L’installation comporte avantageusement un coalesceur agencé en aval de la turbine à action 3 pour séparer le mélange de gaz 4 et de liquide 10. Ainsi, un avantage procuré est d’éviter des pertes de liquide 10, et éventuellement de pouvoir recycler le gaz 4. The installation advantageously comprises a coalescer arranged downstream of the action turbine 3 to separate the mixture of gas 4 and liquid 10. Thus, an advantage obtained is to avoid losses of liquid 10, and possibly to be able to recycle the gas. 4.
L’installation peut comporter une batterie B adaptée pour stocker de manière temporaire l’énergie électrique produite par l’installation, ce qui est particulièrement utile lorsque l’installation équipe un appareil de transport mobile, et pour assurer un redémarrage. The installation may include a battery B suitable for temporarily storing the electrical energy produced by the installation, which is particularly useful when the installation is fitted with a mobile transport device, and for restarting.
L’installation peut comporter des vannes, des soupapes, des clapets anti-retour, un bac de rétention du liquide 10, des vannes de mise à niveau automatique du liquide 10 qui peuvent être utiles au bon fonctionnement de l’installation. The installation may include valves, valves, non-return valves, a liquid retention tank 10, automatic liquid leveling valves 10 which may be useful for the proper functioning of the installation.
L’installation comporte avantageusement un carter de protection agencé pour envelopper le réservoir 1 et la turbine à action 3. Le carter de protection est avantageusement agencé pour envelopper également le compresseur 6. The installation advantageously comprises a protective casing arranged to surround the reservoir 1 and the action turbine 3. The protective casing is advantageously arranged to also surround the compressor 6.
L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation exposés. L’homme du métier est mis à même de considérer leurs combinaisons techniquement opérantes, et de leur substituer des équivalents. The invention is not limited to the embodiments disclosed. Those skilled in the art are able to consider their technically operative combinations, and to substitute equivalents for them.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation pour fabriquer de l’électricité, comportant : 1. Installation for producing electricity, comprising:
- un réservoir (1), contenant un liquide (10) ; - une canalisation (2), comprenant : une extrémité inférieure (20), immergée dans le liquide (10), une extrémité supérieure (21), émergeant du liquide (10) ; - a reservoir (1), containing a liquid (10); - a pipe (2), comprising: a lower end (20), immersed in the liquid (10), an upper end (21), emerging from the liquid (10);
- une turbine à action (3), reliée à l’extrémité supérieure (21) de la canalisation (2) ; - an action turbine (3), connected to the upper end (21) of the pipe (2);
- des moyens d’injection, agencés pour injecter un gaz (4) comprimé à l’extrémité inférieure (20) de la canalisation (2) de manière à obtenir une vitesse d’écoulement du liquide- injection means, arranged to inject a gas (4) compressed at the lower end (20) of the pipe (2) so as to obtain a flow velocity of the liquid
(10) dans la canalisation (2) depuis l’extrémité inférieure (20) vers l’extrémité supérieure (21). (10) in the pipe (2) from the lower end (20) to the upper end (21).
2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle les moyens d’injection sont configurés pour que l’extrémité supérieure (21) de la canalisation (2) possède un mélange de gaz (4) et de liquide (10) avec une proportion volumique de gaz (4) comprise entre 20% et 70%, de préférence comprise entre 30% et 65%. 2. Installation according to claim 1, wherein the injection means are configured so that the upper end (21) of the pipe (2) has a mixture of gas (4) and liquid (10) with a volume proportion. of gas (4) between 20% and 70%, preferably between 30% and 65%.
3. Installation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les moyens d’injection comportent : - un tube d’injection (5), connecté à l’extrémité inférieure (20) de la canalisation (2), et de préférence isolé thermiquement ; 3. Installation according to claim 1 or 2, wherein the injection means comprise: - an injection tube (5), connected to the lower end (20) of the pipe (2), and preferably thermally insulated ;
- un compresseur (6), agencé pour fournir le gaz (4) comprimé dans le tube d’injection (5). - a compressor (6), arranged to supply the gas (4) compressed in the injection tube (5).
4. Installation selon la revendication 3 en combinaison avec la revendication 2, dans laquelle le compresseur (6) présente une vitesse de rotation adaptée pour que l’extrémité supérieure (21) de la canalisation (2) possède un mélange de gaz (4) et de liquide (10) avec une proportion volumique de gaz (4) comprise entre 20% et 70%, de préférence comprise entre 30% et 65%. 4. Installation according to claim 3 in combination with claim 2, wherein the compressor (6) has a speed of rotation adapted so that the upper end (21) of the pipe (2) has a gas mixture (4). and liquid (10) with a volume proportion of gas (4) of between 20% and 70%, preferably between 30% and 65%.
5. Installation selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le réservoir (1) présente une section à valeur constante, notée å ; et les moyens d’injection comportent un dispositif Venturi (7), monté à l’extrémité inférieure (20) de la canalisation (2), et présentant une section, notée s, vérifiant : s < S/4. 5. Installation according to one of claims 1 to 4, wherein the reservoir (1) has a constant value section, denoted å; and the injection means comprise a Venturi device (7), mounted at the lower end (20) of the pipe (2), and having a section, denoted s, verifying: s <S / 4.
6. Installation selon la revendication 5 en combinaison avec la revendication 4, dans laquelle la vitesse de rotation du compresseur (6) est adaptée à la section s du dispositif Venturi (7) pour que l’extrémité supérieure (21) de la canalisation (2) possède un mélange de gaz (4) et de liquide (10) avec une proportion volumique de gaz (4) comprise entre 20% et 70%, de préférence comprise entre 30% et 65%. 6. Installation according to claim 5 in combination with claim 4, wherein the speed of rotation of the compressor (6) is adapted to the section s of the Venturi device (7) so that the upper end (21) of the pipe ( 2) has a mixture of gas (4) and liquid (10) with a volume proportion of gas (4) of between 20% and 70%, preferably between 30% and 65%.
7. Installation selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle la canalisation (2) s’étend suivant une direction verticale, et le réservoir (1) est fixe. 7. Installation according to one of claims 1 to 6, wherein the pipe (2) extends in a vertical direction, and the tank (1) is fixed.
8. Installation selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle le réservoir (1) est mobile en rotation autour d’un axe de rotation vertical ; la canalisation (2) étant solidaire en rotation du réservoir (1) ; l’extrémité supérieure (21) de la canalisation (2) étant proximale par rapport à l’axe de rotation, l’extrémité inférieure (20) de la canalisation (2) étant distale par rapport à l’axe de rotation. 8. Installation according to one of claims 1 to 6, wherein the reservoir (1) is movable in rotation about a vertical axis of rotation; the pipe (2) being integral in rotation with the reservoir (1); the upper end (21) of the pipe (2) being proximal to the axis of rotation, the lower end (20) of the pipe (2) being distal to the axis of rotation.
9. Installation selon la revendication 8, comportant des moyens d’entraînement motorisés agencés pour entraîner en rotation le réservoir (1) autour de l’axe de rotation vertical ; le réservoir (1) étant réalisé sous la forme d’un bras d’entraînement (8) à l’intérieur duquel est montée solidaire l’extrémité inférieure (20) de la canalisation (2) ; le bras d’entraînement (8) étant muni d’au moins une ouverture (80) conformée pour recevoir le liquide (10) de sorte que l’extrémité inférieure (20) de la canalisation (2) est immergée dans le liquide (10). 9. Installation according to claim 8, comprising motorized drive means arranged to drive the reservoir (1) in rotation around the vertical axis of rotation; the reservoir (1) being made in the form of a drive arm (8) inside which the lower end (20) of the pipe (2) is integrally mounted; the drive arm (8) being provided with at least one opening (80) shaped to receive the liquid (10) so that the lower end (20) of the pipe (2) is immersed in the liquid (10) ).
10. Installation selon la revendication 8 ou 9, dans laquelle la canalisation (2) comporte une partie horizontale (22) comprenant l’extrémité inférieure (20) ; la partie horizontale (22) étant munie d’au moins une cloison interne, de préférence de forme hélicoïdale. 10. Installation according to claim 8 or 9, wherein the pipe (2) comprises a horizontal part (22) comprising the lower end (20); the horizontal part (22) being provided with at least one internal partition, preferably of helical shape.
11. Installation selon l’une des revendications 8 à 10, comportant un carter de protection agencé pour envelopper le réservoir (1) et la turbine à action (3). 11. Installation according to one of claims 8 to 10, comprising a protective casing arranged to surround the reservoir (1) and the action turbine (3).
12. Installation selon l’une des revendications 1 à 11, comportant un bac de réception (9) agencé en aval de la turbine à action (3) pour réceptionner le mélange de gaz (4) et de liquide (10). 12. Installation according to one of claims 1 to 11, comprising a receiving tank (9) arranged downstream of the action turbine (3) for receiving the mixture of gas (4) and liquid (10).
13. Installation selon la revendication 12 en combinaison avec la revendication 9, dans laquelle le bac de réception (9) est muni d’une vis d’Archimède (90) agencée pour guider le liquide (10) du mélange vers la ou les ouvertures (80) du bras d’entraînement (8). 13. Installation according to claim 12 in combination with claim 9, wherein the receiving tank (9) is provided with an Archimedean screw (90) arranged to guide the liquid (10) of the mixture towards the opening (s). (80) of the drive arm (8).
14. Installation selon l’une des revendications 1 à 13, dans laquelle la canalisation (2) est munie de structures de type nid d’abeilles conformées pour confiner le gaz (4) avec le liquide (10). 14. Installation according to one of claims 1 to 13, wherein the pipe (2) is provided with honeycomb-type structures shaped to confine the gas (4) with the liquid (10).
15. Installation selon l’une des revendications 1 à 14, dans laquelle le liquide (10) est sélectionné parmi l’eau, l’eau glycolée, le formiate de potassium, le formiate de césium, un mélange de formiate de potassium et de formiate de césium. 15. Installation according to one of claims 1 to 14, wherein the liquid (10) is selected from water, glycol water, potassium formate, cesium formate, a mixture of potassium formate and cesium formate.
PCT/EP2020/073773 2019-09-05 2020-08-25 Facility for producing electricity WO2021043641A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1909757A FR3100581B1 (en) 2019-09-05 2019-09-05 Installation to produce electricity
FRFR1909757 2019-09-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021043641A1 true WO2021043641A1 (en) 2021-03-11

Family

ID=68072830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/073773 WO2021043641A1 (en) 2019-09-05 2020-08-25 Facility for producing electricity

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3100581B1 (en)
WO (1) WO2021043641A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2601502B (en) * 2020-12-01 2023-03-01 Tempest Brannan Energy storage arrangement

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4767938A (en) 1980-12-18 1988-08-30 Bervig Dale R Fluid dynamic energy producing device
DE102009058239A1 (en) * 2009-12-14 2012-05-16 Nikolaus Reininger Renewable energy producing unit for producing renewable energy for e.g. car, has turbine, where renewable energy is produced by compressed air and/or nitrogen as pressure on liquid for obtaining hydraulic pressure to drive turbine
US20140191511A1 (en) * 2013-01-09 2014-07-10 Flying By Design, Inc. System for Generating Electricity
US9856850B1 (en) * 2016-01-25 2018-01-02 Larry L. Sheehan Apparatus, system and method for producing rotational torque to generate electricity and operate machines

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4767938A (en) 1980-12-18 1988-08-30 Bervig Dale R Fluid dynamic energy producing device
DE102009058239A1 (en) * 2009-12-14 2012-05-16 Nikolaus Reininger Renewable energy producing unit for producing renewable energy for e.g. car, has turbine, where renewable energy is produced by compressed air and/or nitrogen as pressure on liquid for obtaining hydraulic pressure to drive turbine
US20140191511A1 (en) * 2013-01-09 2014-07-10 Flying By Design, Inc. System for Generating Electricity
US9856850B1 (en) * 2016-01-25 2018-01-02 Larry L. Sheehan Apparatus, system and method for producing rotational torque to generate electricity and operate machines

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2601502B (en) * 2020-12-01 2023-03-01 Tempest Brannan Energy storage arrangement

Also Published As

Publication number Publication date
FR3100581B1 (en) 2021-08-20
FR3100581A1 (en) 2021-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2913729A1 (en) DEVICE AND METHOD FOR CAPTURING KINETIC ENERGY FROM A NATURALLY MOVING FLUID
WO2005113978A1 (en) Modular hydraulic machine and a hydraulic micro-station
EP2416874A1 (en) Ejector device for forming a pressurized mixture of liquid and gas, and use thereof
WO2021043641A1 (en) Facility for producing electricity
EP2855861B1 (en) Coupling of a turbopump for molten salts
KR200445087Y1 (en) Wave activied power device
FR3051855A1 (en) DEVICE FOR OPERATING AN ENGINE
US11434866B2 (en) Water current catcher system for hydroelectricity generation
BE1020701A3 (en) COUPLING OF TURBOPOMPE FOR FILLED SALTS.
FR3068398B1 (en) TURBINING DEVICE INVOLVING A WATER FALL CAUSED BY THE IMPLEMENTATION OF A VENTURI TUBE AND A HYDRAULIC POWER GENERATION PLANT USING SUCH A TURBINING DEVICE
FR2954478A1 (en) System for producing water e.g. drinking water, from salted or polluted water, has convergent wind turbine energy concentrator whose outlet is connected with inlet of condensation element that is provided with venturi collars
FR2983246A1 (en) Installation for storing energy in form of e.g. electric power energy, has gas turbine with simple cycle associated with electrical energy generator and supplied with electrical energy by combustion air heated from heat exchanger
LU500462B1 (en) Device for producing mechanical energy, electrical energy and method therefor
WO2013095178A1 (en) Method and apparatus for producing electrical energy
FR3068718B1 (en) METHOD AND DEVICE FOR GENERATING ELECTRICITY FROM A FLOW OF EFFLUENTS
BE1024212B1 (en) FLOATING EOLIENNE
WO2015055962A1 (en) Compact floating hydroelectric plant
FR2954268A1 (en) 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
FR3084412A1 (en) METHODS AND DEVICES FOR USING DEPTH AVAILABLE ENERGY IN WATERS
WO2008101805A2 (en) Modular hydraulic machine
FR2973841A1 (en) Conversion device for use in conversion installation positioned in e.g. desert to convert heat energy into mechanical energy, has mixing device mixing fluid that is in form of steam, with heat-transfer fluid to obtain dual-phase mixture
WO2022058336A1 (en) Device for generating electric current in a fluid flow circuit
FR3044367A1 (en) GRAVITATIONAL ACCUMULATOR AND ASSOCIATED METHODS
WO2021123002A1 (en) Energy conversion device
WO2013098494A1 (en) Hydraulic turbine intended, in particular, for a tidal power plant

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20764604

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20764604

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1