FR2461832A1

FR2461832A1 - Combined wind and solar powered energy generator - uses turbine within flow casing painted black for solar heat absorption

Info

Publication number: FR2461832A1
Application number: FR7919024A
Authority: FR
Original assignee: FONTEIX ANDRE
Current assignee: FONTEIX ANDRE
Priority date: 1979-07-24
Filing date: 1979-07-24
Publication date: 1981-02-06

Abstract

The energy generator comprises a casing (1) supported above the ground and open at the top and bottom, with at least one turbine (3) within its interior. The turbine (3) lies in a horizontal plane and is used to drive an electricity generator. The outside of the casing (1) is black and the configuration of the casing (1) is designed to provide a venturi effect. Pref. the casing (1) is shaped as a truncated cone and contains a large dia. axial turbine (3) with the turbine shaft (5) supporting a second centrifugal turbine (7) with S shaped blades which projects beyond the open top of the casing (1). The wall of the casing (1) is as thin as allowable with the heat absorbed by its black surface aiding the circulation of the air through the interior of the casing (1).

Description

La présente invention concerne un nouveau dispositif de production d'énergie qui présente cette particularité de pouvoir fonctionner à partir de l'énergie éolienne et également à partir de l'énergie solaire suivant l'endroit où il est disposé et également suivant les conditions climatiques qui règnent à un endroit et à un moment déterminé. The present invention relates to a new energy production device which has the particularity of being able to operate from wind energy and also from solar energy depending on where it is arranged and also according to the climatic conditions which reign at a specific place and time.

Par ailleurs, l'invention crée également un dispositif dont l'enveloppe forme un carénage qui le dissimule, carénage qui constitue également une des parties actives du dispositif et qui, de plus, peut s'intégrer à une construction, notamment à un immeuble d'habitation ou une villa, sans nuire à son esthétique. Furthermore, the invention also creates a device, the envelope of which forms a fairing which conceals it, a fairing which also constitutes one of the active parts of the device and which, moreover, can be integrated into a construction, in particular into a building d house or villa, without harming its aesthetics.

Conformément à l'invention, le dispositif pour la production d'énergie de consommation à partir du vent et/ou du soleil est caractérisé en ce qu'il comporte une coque ou enveloppe surélevée par rapport au sol et ouverte à ses parties basse et haute, cette coque contenant au moins une hélice ou turbine axiale s'étendant dans un plan sensiblement horizontal et entraînant un arbre moteur pour un générateur d'énergie. According to the invention, the device for the production of energy for consumption from the wind and / or the sun is characterized in that it comprises a shell or envelope raised relative to the ground and open to its lower and upper parts. , this shell containing at least one axial propeller or turbine extending in a substantially horizontal plane and driving a drive shaft for an energy generator.

Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Various other characteristics of the invention will also emerge from the detailed description which follows.

Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé. An embodiment of the object of the invention is shown, by way of nonlimiting example, in the accompanying drawing.

La fig. 1 est une élévation schématique, partie en coupe, illustrant un mode de réalisation du générateur à action éolienne et solaire de l'invention. Fig. 1 is a schematic elevation, partly in section, illustrating an embodiment of the generator with wind and solar action of the invention.

La fig. 2 est une coupe-élévation schématique analogue à la fig. 1 illustrant un développement de l'invention. Fig. 2 is a schematic sectional elevation similar to FIG. 1 illustrating a development of the invention.

La fig. 3 est une perspective vue de dessus illustrant le générateur des figures précédentes réalisé en combinaison avec un immeuble. Fig. 3 is a perspective view from above illustrating the generator of the preceding figures produced in combination with a building.

La fig. 4 est une perspective vue du sol de la combinaison immeuble/générateur de la fig. 3. Fig. 4 is a perspective view from the ground of the building / generator combination of FIG. 3.

La fig. 5 est une coupe explicative. Fig. 5 is an explanatory section.

La fig. 1 illustre de façon schématique la réalisation d'un générateur éolien et éventuellement solaire selon l'invention. Ce générateur comporte une coque ou enveloppe 1 fer mée sur la majeure partie au moins de sa périphérie, cette cocue ou enveloppe étant supportée par une charpente 2 qui est ajourée sur la plus grande partie possible de sa périphérie afin de ménager un intervalle avec le sol 3. Fig. 1 schematically illustrates the production of a wind and possibly solar generator according to the invention. This generator comprises a hull or envelope 1 iron méée on the major part at least of its periphery, this cuckold or envelope being supported by a frame 2 which is perforated on the greatest possible part of its periphery in order to spare an interval with the ground 3.

Dans l'exemple représenté, l'enveloppe ou la coque présente une forme tronconique ce qui permet qu'elle se comporte un peu à la manière d'un venturi. D'autres formes pourraient être envisagées, notamment celle d'un hyperboloide de révolution,pour obtenir un effet de tirage comme cela se produit notamment dans les tours de refroidissement. In the example shown, the envelope or the shell has a frustoconical shape which allows it to behave a little like a venturi. Other forms could be envisaged, in particular that of a hyperboloid of revolution, in order to obtain a pulling effect as occurs in particular in cooling towers.

La coque 1 contient une hélice ou turbine axiale de grand diamètre 3 dont les pales 4 sont supportées par un arbre 5. Le nombre de pales 4 peut varier en fonction de différents facteurs, notamment en fonction de la puissance recherchée du mode de construction des pales, du diamètre de la coque, etc. The shell 1 contains a large diameter axial propeller or turbine 3, the blades 4 of which are supported by a shaft 5. The number of blades 4 may vary as a function of various factors, in particular as a function of the desired power of the mode of construction of the blades. , shell diameter, etc.

L'arbre 5 est supporté dans des paliers illustrés schématiquement en 6 et 6a, lesdits paliers pouvant être disposés à l'intérieur même de la coque ou, d'une part, dans celle-ci et à l'extérieur, comme illustré, selon l'emplacement sur lequel est érigé le générateur. L'arbre 5 supporte, également, au-dessus de l'hélice 3 une turbine 7, par exemple une turbine comportant des pales en forme de S quelque peu analogues à celles utilisées sur certains anémomètres. La hauteur et le diamètre de la turbine 7 dépendent également de nombreux facteurs, notamment de la puissance à obtenir, de la force moyenne des vents, etc. The shaft 5 is supported in bearings illustrated schematically in 6 and 6a, said bearings being able to be arranged inside the shell itself, or, on the one hand, in the latter and outside, as illustrated, according to the location on which the generator is erected. The shaft 5 also supports, above the propeller 3, a turbine 7, for example a turbine comprising S-shaped blades somewhat similar to those used on certain anemometers. The height and diameter of the turbine 7 also depend on many factors, in particular the power to be obtained, the average wind force, etc.

Comme le montre le dessin, la turbine 7 fait saillie au-dessus de la coque 1 sur pratiquement toute sa hauteur, étant donné qu'il s'agit d'une turbine fonctionnant essentiellement par action centrifuge tandis que l'hélice 3 est à fonctionnement axial par rapport à la direction de l'arbre 5. As shown in the drawing, the turbine 7 projects above the hull 1 over almost its entire height, since it is a turbine operating essentially by centrifugal action while the propeller 3 is operating axial with respect to the direction of the shaft 5.

Il est avantageux que l'hélice 3 soit disposée dans la coque au niveau de celle-ci auquel la vitesse de circulation de l'air est la plus élevée.It is advantageous for the propeller 3 to be arranged in the hull at the level of the latter at which the air circulation speed is the highest.

La coque n est réalisée en un matériau mince, par exemple en tôle,ou par un voile de béton mince et sa surface externe est avantageusement colorée de façon foncée, de préférence noire,pour que cette coque absorbe le plus possible le rayonnenent solaire et tende, par conséquent, à chauffer l'air qui se trouve à l'intérieur. Ainsi l'action solaire a pour effet d'augmenter le tirage et, par conséquent, la vitesse de circulation de l'air ascendant dans la coque. The shell n is made of a thin material, for example sheet metal, or by a thin concrete veil and its outer surface is advantageously darkly colored, preferably black, so that this shell absorbs the solar radiation as much as possible. , therefore, to heat the air inside. Thus the solar action has the effect of increasing the draft and, consequently, the speed of circulation of the ascending air in the hull.

L'arbre 5 entrasse un dispositif transformateur d'énergie 8. The shaft 5 is stacked with an energy transformer device 8.

Le mode d'entraînement neut être réalisé par de nombreux moyens habituels à la technique, par exemple nar des pignons 9 et 1C respectivement calés sur l'arbre 5, d'une part, et le dispositif transformateur d'énergie 8, d'autre part. The drive mode can be achieved by many means usual in the technique, for example nar pinions 9 and 1C respectively fixed on the shaft 5, on the one hand, and the energy transformer device 8, on the other go.

Par dispositif transformateur d'énergie on doit entendre n'importe quél dispositif remplissant cette fonction, et fournissant une énergie consommable,par exemple une génératrice électrique, un compresseur d'air ou d'un autre fluide, par exemple un fluide frigorigène, une pompe pour un liquide ou une combinaison de ces organes éventuellement reliés entre eux et à l'arbre 5 par des coupleurs et/ou dessmultiplica- teurs ou réducteurs. By energy transformer device is meant any device fulfilling this function, and supplying consumable energy, for example an electric generator, an air compressor or of another fluid, for example a refrigerant, a pump for a liquid or a combination of these members possibly connected together and to the shaft 5 by couplers and / or desipliers or reducers.

La fig. 2 illustre un développement de l'invention selon lequel la turbine 7 est montée sur un second arbre 11 disposé à l'intérieur de l'arbre 5 constitué par un arbre creux. L'arbre 5 est toujours porté par les paliers 6, tandis que l'arbre Il est porté Dar d'autres paliers tels que ceux désignés par 12 et qui sont disposés à l'intérieur même de l'arbre 5, un palier de butée 13 pouvant, le cas échéant, être également prévu. Fig. 2 illustrates a development of the invention according to which the turbine 7 is mounted on a second shaft 11 arranged inside the shaft 5 constituted by a hollow shaft. The shaft 5 is always carried by the bearings 6, while the shaft It is carried Dar other bearings such as those designated by 12 and which are arranged inside the same shaft 5, a thrust bearing 13 can also be provided, if necessary.

Le mode de réalisation de la fig. 2 permet d'utiliser indépendamment ou, en combinaison, l'hélice 3 et la turbine 7. En effet, il est possible de munir l'arbre Il d'un pignon de sortie 14, l'arbre 5 étant pourvu, par ailleurs, du mêne pignon 9 que celui décrit dans ce qui précède. Des pignons de renvoi 15, 15a transmettent ensuite le mouvement, d'une part, de l'arbre 5 et, d'autre part, de l'arbre 11 à un dispositif d'accouplement 16 qui permet de relier ensemble les deux arbres ou, au contraire, de ne transmettre que le mouvement de l'un ou de l'autre desdits deux arbres.Le dispositif d'accouplement de cette sorte peut être réalisé de nombreuses façons connues dans la technique, par e < mDle par des cou- pleurs hydrauliques ou à friction commandés sélectivement et relies éventuellement à des boîtes de transmission à rapports variables. The embodiment of FIG. 2 makes it possible to use independently or, in combination, the propeller 3 and the turbine 7. In fact, it is possible to provide the shaft II with an output pinion 14, the shaft 5 being provided, moreover, of the same pinion 9 as that described in the foregoing. Return sprockets 15, 15a then transmit the movement, on the one hand, of the shaft 5 and, on the other hand, of the shaft 11 to a coupling device 16 which makes it possible to connect the two shafts together or , on the contrary, to transmit only the movement of one or the other of said two shafts. The coupling device of this kind can be produced in many ways known in the art, by e <mDle by hydraulic or friction weepers selectively controlled and possibly linked to variable ratio gearboxes.

Le dispositif d'accounlement 16 comporte au moins un arbre de sortie 17 pour l'entraînement d'un dispositif transformateur d'énergie non représenté pouvant être constitué d'une façon connue quelconque comme cela est expliqué dans ce qui précède. The coupling device 16 comprises at least one output shaft 17 for driving an energy transformer device, not shown, which can be constituted in any known manner as explained in the foregoing.

La réalisation de la fig. 2 permet d'obtenir la Droduction d'anergie lorsqu'il n'y a pas de soleil mais qu'il souffle un vent même faible. En effet, la turbine 7 peut démarrer avec un vent très faible ou encore la turbine 7 peut être utilisée seule lorsqu'une faible puissance est seulement nécessaire. Par contre, cette installation peut également fonctionner lorsqu'il n'y a nas de vent mais qu'il y a du soleil. En effet, la chaleur du soleil est absorbée par l'enveloppe ou coque 1 qui est chauffée directement du fait de sa teinte foncée et cela crée une circulation ascendante d'air qui permet l'entraînement de l'hélice 3. Dans ce dernier cas, lorsque la turbine 7 est désaccouplée elle ne c9ns- titue pas un frein.Il est évident aussi que l'hélice ou turbine axiale 3 peut être entraînée par un vent même faible et alors qu'il n'y a pas de soleil, par exemple la nuit. The realization of fig. 2 makes it possible to obtain the Droduction of anergy when there is no sun but when it blows a wind even weak. Indeed, the turbine 7 can start with a very weak wind or the turbine 7 can be used alone when low power is only necessary. On the other hand, this installation can also operate when there is no wind but there is sun. Indeed, the heat of the sun is absorbed by the envelope or hull 1 which is heated directly because of its dark color and this creates an upward circulation of air which allows the propulsion of the propeller 3. In the latter case , when the turbine 7 is uncoupled it does not constitute a brake. It is also obvious that the propeller or axial turbine 3 can be driven by a wind even weak and while there is no sun, by example at night.

Bien que cela ne soit pas représenté, la turbine 7 peut présenter une forme hélicocentrifuge, c'est-à-dire qu'une partie de ses aubes forme une hélice tandis qu'une autre partie est sensible seulement à un mouvement d'air de direction transversale à l'axe de la turbine. Dans ce dernier cas, la turbine 7 récupère l'énergie, d'une part, de l'air circulant transversalement par rapport à son axe longitudinal et, d'autre part, de l'air circulant axialement, ce qui améliore dans certains cas la quantité d'énergie totale récupérée. Although this is not shown, the turbine 7 may have a helicocentrifugal shape, that is to say that part of its blades forms a helix while another part is sensitive only to an air movement of direction transverse to the axis of the turbine. In the latter case, the turbine 7 recovers the energy, on the one hand, from the air circulating transversely relative to its longitudinal axis and, on the other hand, from the air circulating axially, which improves in certain cases the amount of total energy recovered.

Le dispositif décrit dans ce qui précède peut être monté de la façon illustrée aux fig. 1 et 2, c'est-à-dire de façon indépendante,et il peut facilement être dissimulé ou constitué un objet relativement décoratif si l'on conforme de façon appropriée la coque 1 et la charpente. En effet, la disposition de l'hélice fait qu'elle peut présenter un très grand diamètre et qu'elle doit tourner, de préférence, lentement, ce qui permet une utilisation avec de faibles vitesses de l'air ascendant à l'intérieur de la coque. The device described in the foregoing can be mounted as illustrated in FIGS. 1 and 2, that is to say independently, and it can easily be concealed or constituted a relatively decorative object if the shell 1 and the frame are properly conformed. Indeed, the arrangement of the propeller means that it can have a very large diameter and that it must preferably rotate slowly, which allows use with low speeds of the air rising inside shell.

Les fig. 3 à 5 illustrent une application préférée du dispositif décrit lorsqu'il est combiné à un autre monument architectural, notamment à un immeuble. On voit à ces figures la coque 1 qui surplombe une partie au moins d'un immeuble 18. Dans cette réalisation, la turbine 7 fait saillie au-dessus de la coque 1 comme décrit dans ce qui précède. Figs. 3 to 5 illustrate a preferred application of the device described when it is combined with another architectural monument, in particular with a building. These figures show the shell 1 which overhangs at least part of a building 18. In this embodiment, the turbine 7 projects above the shell 1 as described in the foregoing.

Par ailleurs, la coque 1 n'est nas tout à fait de révolution mais présente, sur une tartie la, un tronçon sensiblement en spirale qui permet de border une plate-forme 19 permettant d'avoir accès à l'hélice et à la turbine. La plate-forme 19 peut constituer, par ailleurs, par son dessous, un déflecteur pour diriger un vent ascendant vers le dessous de l'hélice 3. Furthermore, the hull 1 is not completely revolution but has, on a tartie la, a substantially spiral section which makes it possible to border a platform 19 allowing access to the propeller and the turbine. . The platform 19 can also constitute, from below, a deflector for directing an ascending wind towards the bottom of the propeller 3.

Comme l'illustre le dessin lorsque le dispositif fait partie d'un immeuble, une partie du dessus de celui-ci peut être utilisée comme support pour la coque 1 maintenue par des poutres rayonnantes 20 pouvant en même temps servir en tant qu'aubes directrices pour les filets d'air devant être conduits à l'hélice 3. Une autre partie de la coque peut être supportée par des charpentes 2L, 2b. As illustrated in the drawing when the device is part of a building, part of the top of it can be used as a support for the hull 1 held by radiating beams 20 which can at the same time serve as guide vanes for the air streams to be led to the propeller 3. Another part of the hull can be supported by frames 2L, 2b.

La fig. 3 montre que les pales 4 peuvent être réali sées de façon très légère et qu'elles peuvent être réunies aux aubes de la turbine 7 par des haubans 21. Ainsi l'ensemble mobile hélice et turbine peut être réalisé de façon extrêmement légère et donc il peut être sensible à de très faibles vitesses d'air ascendant à l'intérieur de la coque. Fig. 3 shows that the blades 4 can be made very lightly and that they can be joined to the blades of the turbine 7 by shrouds 21. Thus the movable propeller and turbine assembly can be produced in an extremely light manner and therefore it can be sensitive to very low air velocities rising inside the hull.

La disposition à la tartie haute d'un immeuble permet également de profiter de vents relativement plus forts et il est avantageux souvent de prévoir une partie du dessus de l'immeuble pour former une rampe déflectrice 22 menant à la partie basse de l'hélice, cette rampe 22 étant inclinée dans le sens des vents dominant entrant suivant la flèche fl tandis que les charpentes 2a, 2b permettent une reprise des vents secondaires et/ou des tourbillons comme le montre la flèche f2 La flèche f3 montre l'action directe des vents sur la turbine 7. The arrangement at the upper part of a building also makes it possible to take advantage of relatively stronger winds and it is often advantageous to provide a part of the top of the building to form a deflecting ramp 22 leading to the lower part of the propeller, this ramp 22 being inclined in the direction of the dominant winds entering along the arrow fl while the frames 2a, 2b allow a recovery of secondary winds and / or vortices as shown by arrow f2 Arrow f3 shows the direct action of the winds on the turbine 7.

L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation représenté et décrit en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, la partie du toit de l'immeuble sur laquelle la coque est montée peut également être réalisée de façon conique de manière que l'air puisse être dirigé vers l'intérieur de la coque quelle que soit la direction dont le vent souffle. The invention is not limited to the embodiment shown and described in detail, since various modifications can be made without departing from its scope. In particular, the part of the roof of the building on which the hull is mounted can also be made conically so that the air can be directed towards the interior of the hull regardless of the direction in which the wind blows.

Des volets fixes ou mobiles 23 peuvent aussi être prévus dans la coque. Fixed or movable flaps 23 can also be provided in the hull.

Claims

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1 - Dispositif pour la production d'énergie de consommation à partir du vent et/ou du soleil, caractérisé en ce qu'il comporte une coque ou enveloppe surélevée par rapport au sol et ouverte à ses parties basse et haute, cette coque contenant au moins une hélice ou turbine axiale s'étendant dans un plan sensiblement horizontal et entraînant un arbre moteur pour un générateur d'énergie. 1 - Device for the production of energy consumption from the wind and / or the sun, characterized in that it comprises a shell or envelope raised relative to the ground and open to its lower and upper parts, this shell containing at at least one axial propeller or turbine extending in a substantially horizontal plane and driving a drive shaft for an energy generator.

2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi externe de la coque est de couleur foncée, de préférence noire. 2 - Device according to claim 1, characterized in that the outer wall of the shell is dark in color, preferably black.

3 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la coque est conformée pour présenter une action de venturi. 3 - Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the shell is shaped to have a venturi action.

4 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'hélice ou turbine axiale est combinée à une turbine du tyoe centrifuge ou hélicocentrifuge faisant saillie au-dessus de la coque. 4 - Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the axial propeller or turbine is combined with a turbine of the centrifugal or helicocentrifugal tyoe projecting above the hull.

5 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'hélice ou turbine axiale, d'une part, et la turbine centrifuge ou à action hélicocentrifuge, d'autre part, sont montées sur des arbres concentriques reliés par un dispositif d'accouplement permettant de les associer ou de récupérer l'énergie transmise à chaque arbre de façon séparée. 5 - Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the axial propeller or turbine, on the one hand, and the centrifugal or helico-centrifugal turbine, on the other hand, are mounted on concentric shafts connected by a coupling device allowing them to be associated or to recover the energy transmitted to each shaft separately.

6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la coque fait partie d'un immeuble en constituant une partie au moins de l'habillage et en ménageant avec celui-ci des passages pour permettre la circulation de l'air du bas vers le haut. 6 - Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the hull is part of a building by constituting at least part of the cladding and by providing therewith passages to allow circulation of the air from bottom to top.

7 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'immeuble audessus de laquelle la coque est disposée est conformée pour diriger le vent vers l'intérieur de la partie basse de la coque. 7 - Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least a part of the building above which the hull is arranged is shaped to direct the wind towards the inside of the lower part of the hull .

8 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la coque est supportée au moins en partie par des poutres rayonnantes formant aubes directrices et/ou des charpentes ajourées. 8 - Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the shell is supported at least in part by radiating beams forming guide vanes and / or perforated frames.

9 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les sales de l'hélice ou turbine axiale sont relises aux aubes de la turbine par des haubans. 9 - Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the dirty propeller or axial turbine are connected to the blades of the turbine by shrouds.

1b - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'une tartie au moins de l'immeuble qui le comporte présente uneou plusieurs rampes menant vers le dessous de la coque et dirigées dans le sens des vents domi nants. 1b - Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one part of the building which comprises it has one or more ramps leading to the underside of the hull and directed in the direction of the prevailing winds.