FR2529960A1 - Compressed air solar installation with orientable generator - Google Patents
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Abstract
DANS UNE INSTALLATION SOLAIRE A AIR COMPRIME DU GENRE COMPORTANT UN GENERATEUR D'AIR COMPRIME ORIENTABLE 30 DANS LEQUEL DE L'AIR EST COMPRIME DANS UN COMPRESSEUR, RECOIT DE L'ENERGIE CALORIFIQUE DEPUIS UN RECHAUFFEUR A CAVITE DE CONFINEMENT DE RAYONNEMENT INFRAROUGE DONT LA CAVITE EST PLACEE AU FOYER D'UN SYSTEME DE CONCENTRATION 20, PUIS EST EN PARTIE DETENDU DANS UNE TURBINE SOLIDAIRE EN ROTATION DU COMPRESSEUR ET DU RECHAUFFEUR, L'ENSEMBLE COMPRESSEUR-RECHAUFFEUR-TURBINE FORMANT GYROSCOPE, AU MOINS UN ELEMENT PROFILE AERODYNAMIQUEMENT FORMANT GOUVERNE 60, 61 LIE AU GENERATEUR, EST DISPOSE DANS LE FLUX D'ECHAPPEMENT DE LA TURBINE, OU IL SUBIT UN EFFORT TRANSVERSAL FONCTION DE LADITE INCIDENCE QUI INDUIT, PAR EFFET GYROSCOPIQUE, UNE ROTATION DU GENERATEUR AUTOUR D'UN AXE PERPENDICULAIRE AUX AXES DE ROTATION DU RECHAUFFEUR ET D'ARTICULATION DE LA GOUVERNE. APPLICATION AU SUIVI DU SOLEIL PAR UNE INSTALLATION SOLAIRE.IN A COMPRESSED AIR SOLAR INSTALLATION OF THE KIND INCLUDING AN ORIENTABLE COMPRESSED AIR GENERATOR 30 IN WHICH THE AIR IS COMPRESSED IN A COMPRESSOR, RECEIVES CALORIFIC ENERGY FROM A Heater IN A CONTAINMENT CAVITY OF INFRARED RADIATION WHICH IS INFRARED PLACED IN THE FIREPLACE OF A CONCENTRATION SYSTEM 20, THEN IS PARTLY EXPANDED IN A SOLIDARITY TURBINE IN ROTATION OF THE COMPRESSOR AND THE HEATER, THE COMPRESSOR-HEATER-TURBINE ASSEMBLY FORMING GYROSCOPE, AT LEAST ONE PROFILE AERODYNOUQUIUM 60 AERODYNOUCH ELEMENT, 61 LINKED TO THE GENERATOR, IS AVAILABLE IN THE EXHAUST FLOW OF THE TURBINE, OR IT IS SUBJECTED TO A TRANSVERSAL EFFORT AS A FUNCTION OF THE SAID INCIDENCE WHICH INDUCES, BY GYROSCOPIC EFFECT, A ROTATION OF THE GENERATOR AROUND AN AXIS PERPENDICULAR TO THE ROTATION AXES OF THE HEATER AND GOVERNMENT ARTICULATION. APPLICATION TO SUN TRACKING BY A SOLAR INSTALLATION.
Description
La présente invention concerne une installation solaire du genre comportant un générateur d'air comprimé orientable dans lequel de l'air est~comprime dans un compresseur, reçoit de l'énergie calorifique depuis un réchauffeur à cavité de confinement de rayonnement infrarouge, dont la cavité est placée au foyer d'un système de concentration, puis est en partie détendu dans une turbine solidaire en rotation du compresseur et du réchauffeur. The present invention relates to a solar installation of the type comprising an adjustable compressed air generator in which air is compressed in a compressor, receives heat energy from a heater with a confinement cavity for infrared radiation, the cavity of which is placed at the focus of a concentration system, then is partially expanded in a turbine integral in rotation with the compressor and the heater.
Elle concerne tout particulièrement les moyens d'orientation d'un tel générateur d'air comprimé ainsi que sa structure. It particularly relates to the orientation means of such a compressed air generator as well as its structure.
Du fait meme que l'énergie solaire est déconcentrée, elle peut constituer une arme intéressante dans le développement rural des pays en voie de développement (électricité pour les usages domestiques classiques, froid pour la climatisation de locaux ou le stockage de nourriture ou de médicaments, et eau, en particulier).Compte tenu des faibles moyens financiers disponibles et de la technicité peu élevée des utilisateurs potentiels, cette arme ne peut être mise à profit par leurs détenteurs, sur une grande échelle, qu'à condition de disposer d'un matériel léger, adapté à une conception modulaire, en fonction des besoins, facile à installer et demandant peu d'entretien. Because solar energy is decentralized, it can be an interesting weapon in rural development in developing countries (electricity for conventional domestic uses, cold for air conditioning of premises or storage of food or medicines, and water, in particular) .In view of the limited financial resources available and the low technical level of potential users, this weapon can only be exploited by their owners on a large scale, provided they have a light equipment, adapted to a modular design, as required, easy to install and requires little maintenance.
C'est dans cet esprit que le Demandereur a proposé dans le brevet FR-2 483 017 déposé le 23 mai. It is in this spirit that the Applicant proposed in patent FR-2,483,017 filed on May 23.
1980, un procédé de génération, non seulement d'énergie électrique, mais aussi de froid et d'au, à partir d'énergie solaire et d'air atmosphérique, selon lequel de l'air comprime, obtenu à partir d'un générateur à cycle ouvert dont le réchauffeur à cavité de confinement de rayonnement infrarouge est placé au foyer d'un système de concentration, est détendu par une turbine, ledit air détendu servant à refroidir une enceinte ou à provoquer la condensation de la vapeur d'eau atmosphérique, l'énergie électrique étant fournie par un générateur entraîné par l'arbre du générateur d'air comprime.1980, a process for generating not only electrical energy, but also cold and at, from solar energy and atmospheric air, according to which air compresses, obtained from a generator open cycle whose infrared confinement cavity heater is placed at the focus of a concentration system, is expanded by a turbine, said expanded air serving to cool an enclosure or cause condensation of atmospheric water vapor , the electrical energy being supplied by a generator driven by the shaft of the compressed air generator.
Un tel procédé a permis de concilier les exigences précitées de simplicité et de légèreté grâce à l'utilisation d'un cycle thermodynamique ouvert utilisant l'air comme fluide de travail. Il n'y a plus eu à prévoir, dans des installations solaires mettant en oeuvre ce procédé, de circuit auxiliaire de fluide caloporteur. Un meilleur rendement théorique a pu être obtenu par augmentation de la température de la source chaude. On a pu utiliser des composants à air qui bénéficient d'une puissance importante par unité de masse (6 kW/kg en technologie aéronautique). Such a process has made it possible to reconcile the aforementioned requirements of simplicity and lightness thanks to the use of an open thermodynamic cycle using air as the working fluid. There was no longer any need to provide, in solar installations implementing this process, an auxiliary circuit for heat transfer fluid. A better theoretical yield could be obtained by increasing the temperature of the hot spring. It was possible to use air components which benefit from a significant power per unit of mass (6 kW / kg in aeronautical technology).
Ce procédé proposait de pallier les mauvaises caractéristiques du transfert de chaleur métal-air par la solidarisation.en rotation du réchauffeur précité au ccmpresseur et à la turbine du générateur d'air comprimé il en résultait une vitesse relative entre l'air et le réchauffeur, ce qui évitait d'avoir à prévoir des surfaces d 'échange prohibitives. This process proposed to overcome the bad characteristics of the metal-air heat transfer by the joining. In rotation of the above-mentioned heater to the compressor and to the turbine of the compressed air generator, this resulted in a relative speed between the air and the heater, which avoided having to provide prohibitive exchange areas.
On sait que la position du soleil dans le ciel varie tout au long de la journée, ce qui conduit à prévoir des systèmes de suivi du soleil. On connaît déjà de nombreux systèmes de ce genre, généralement compliqués, volumineux, fragiles et coûteux, à base de vérins hydrauliques ou mécaniques. Les uns concernent des capteurs solaires fixes disposés au foyer de systèmes de concentration mobiles. D'autres sont adapté-s à déplacer simultanément les capteurs solaires et les sytèmes de concentration associés, lorsque leur taille et leur poids le permettent. We know that the position of the sun in the sky varies throughout the day, which leads to the provision of sun tracking systems. Many systems of this type are already known, generally complicated, bulky, fragile and expensive, based on hydraulic or mechanical jacks. Some relate to fixed solar collectors placed at the focus of mobile concentration systems. Others are suitable for simultaneously moving the solar collectors and the associated concentration systems, when their size and weight allow it.
L'invention vise à la conception d'installations solaires qui, mettant en oeuvre le procédé précité de génération d'énergie électrique, de froid et d'eau, satisfassent aux mêmes exigences de simplicité et de légèreté que ce dernier en ce-qui concerne leurs moyens de suivi du soleil, tout en présentant des performances améliorées. The invention aims at the design of solar installations which, implementing the aforementioned method of generating electrical energy, cold and water, satisfy the same requirements of simplicity and lightness as the latter as regards their means of tracking the sun, while presenting improved performance.
L'invention propose ainsi une installation solaire à air comprimé, du genre comportant un générateur d'air comprimé orientable dans lequel de l'air est comprimé dans un compresseur, reçoit de l'énergie calorifique depuis un réchauffeur à cavité de confinement de rayonnement infrarouge dont la cavité est placée au foyer d'un système -de concentration puis est en partie détendu dans une turbine solidaire en rotation du compresseur et du réchauffeur, caractérisée en ce qu'au moins un élément profilé aérodynamiquement formant gouverne à incidence variable commandée autour d'un axe d'articulation lié au générateur, disposé dans le flux d'échappement de la turbine, subit un effort transveral fonction de ladite incidence-qui induit, par effet gyroscopique, une rotation du générateur autour d'un axe perpendiculaire aux axes de rotation du réchauffeur et d'articulation de la gouverne. The invention thus provides a compressed air solar installation, of the type comprising an adjustable compressed air generator in which air is compressed in a compressor, receives heat energy from a heater with a confinement cavity of infrared radiation. the cavity of which is placed at the focus of a concentration system and is then partially expanded in a turbine integral in rotation with the compressor and the heater, characterized in that at least one aerodynamically profiled element forming a rudder with variable incidence controlled around d an articulation axis linked to the generator, disposed in the exhaust flow of the turbine, undergoes a transverse force as a function of said incidence-which induces, by gyroscopic effect, a rotation of the generator around an axis perpendicular to the axes of rotation of the heater and articulation of the control surface.
Une telle dispositiion d'une gouverne dans le flux d'échappement de la -turbine permet, compte tenu de l'effet amplificateur de la précession gyroscopique, d'effectuer le positionnement du générateur d'air, donc de l'ensemble de captage de l'énergie solaire, en mettant en oeuvre des puissances beaucoup plus faibles que dans l'art antérieur. Ce point autorise en particulier l'usage, pour la commande de chaque gouverne, de petits servomoteurs à vérin dont les faibles dimensions leur permettent d'être fixés au générateur d'air--comprimé. L'invention permet en outre de réduire le nombre de pièces mécaniques en mouvement, et de les simplifier, ce qui conduit à la fois à une plus grande fiabilité et à une réduction des coûts. Such an arrangement of a control surface in the exhaust flow of the -turbine makes it possible, taking into account the amplifying effect of the gyroscopic precession, to effect the positioning of the air generator, therefore of the collection assembly of solar energy, using much lower powers than in the prior art. This point authorizes in particular the use, for the control of each control surface, of small actuators with jack whose small dimensions allow them to be fixed to the generator of compressed air. The invention also makes it possible to reduce the number of mechanical moving parts, and to simplify them, which leads both to greater reliability and to reduced costs.
Compte tenu de ce que la trajectoire du soleil dans le ciel à partir d'un point d'observation est sensiblement comprise dans un plan passant par ce point, on conçoit que le générateur d'air comprimé et le système de concentration puisse n'être mobile que dans ce plan, auquel cas une seule gouverne peut suffire à son positionnement. Taking into account that the path of the sun in the sky from an observation point is appreciably included in a plane passing through this point, it is conceivable that the compressed air generator and the concentration system may not be mobile only in this plane, in which case a single control surface may suffice for its positioning.
De même, si le générateur d'air comprimé et le système de concentration sont fixés aux deux extrémités d'un bras transversal monté pivotant en site, sur un arbre vertical monté tournant en azimut autour de luimême par rapport au sol, il peut suffire d'une seule gouverne, destinée à assurer le positionnement en site de l'ensemble de captage, la commande en azimut étant assurée par tout moyen au sol, de masse quelconque, adapté à entraîner en rotation ledit arbre vertical. Lorsque l'adjonction à l'ensemble mobile d'un second servo-moteur à vérin est possible, il est néanmoins avantageux de prévoir sur le générateur d'-air une seconde gouverne -- adaptée à assurer le positionnement de l'ensemble en azimut. Similarly, if the compressed air generator and the concentration system are attached to the two ends of a transverse arm mounted to pivot in elevation, on a vertical shaft mounted to rotate in azimuth around itself relative to the ground, it may be sufficient to 'a single control surface, intended to ensure the site positioning of the collection assembly, the azimuth control being provided by any means on the ground, of any mass, suitable for driving said vertical shaft in rotation. When it is possible to add a second actuator to the mobile assembly, it is nevertheless advantageous to provide a second control surface on the air generator - adapted to ensure the positioning of the assembly in azimuth .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur-lesquels
- la figure 1 est une vue en.perspective de l'en- semble mobile d'une installation solaire selon 1 '-inven- tion
- la figure 2 est une vue en bout d'un générateur d'air comprimé, du côté de la turbine
- la figure 3 est une vue en coupe axiale dudit générateur, selon la ligne III-III de la figure 2
- la figure 4 est une vue synoptique de l'ensemble d'une installation solaire selon l'invention.Other characteristics and advantages of the invention appear from the description which follows, given by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawings in which
- Figure 1 is a perspective view of the mobile assembly of a solar installation according to the invention.
- Figure 2 is an end view of a compressed air generator, on the side of the turbine
- Figure 3 is an axial sectional view of said generator, along line III-III of Figure 2
- Figure 4 is a block view of the assembly of a solar installation according to the invention.
Dans l'exemple de réalisation illustré par les figures 1 à 4, une installation solaire selon l'invention comporte (figure 4) un ensemble mobile 10 de captage de l'énergie solaire alimentant en air comprimé divers postes d'utilisation tels qu'une station de stockage 65 et/ou un générateur de courant alternatif 70 entraîné par un moteur pneumatique ou turbine 75, encadré par des échangeurs thermiques 80 et 85. In the embodiment illustrated by FIGS. 1 to 4, a solar installation according to the invention comprises (FIG. 4) a mobile assembly 10 for collecting solar energy supplying compressed air to various use stations such as a storage station 65 and / or an alternating current generator 70 driven by a pneumatic motor or turbine 75, surrounded by heat exchangers 80 and 85.
Tel que représenté sur la figure 1 , un ensemble mobile 10 selon l'invention comporte un système. de concentration 20 et un générateur d'air comprimé 30, fixés aux extrémités opposées d'un bras transversal 25, monté pivotant en site sur un arbre vertical 27 tournant en azimut autour de lui-même par rapport au sol 29. As shown in FIG. 1, a mobile assembly 10 according to the invention comprises a system. of concentration 20 and a compressed air generator 30, fixed at the opposite ends of a transverse arm 25, mounted pivoting in elevation on a vertical shaft 27 rotating in azimuth around itself relative to the ground 29.
L'articulation en site du bras transversal 25 par rapport à l'arbre vertical 27 est représentée en 26 sous la forme d'un axe- d'articulation 26a lié au bras 25 portant sur une double fourche 26b solidaire de l'arbre 27 ; ce dernier est en outre représenté maintenu radialement par deux paliers 28a et 28b. Il faut bien comprendre qu'il ne s'agit là que d'un exemple et que le détail de ces articulations en site et en azimut peut être choisi de façon quelconque.The articulation in elevation of the transverse arm 25 relative to the vertical shaft 27 is shown at 26 in the form of an axis of articulation 26a linked to the arm 25 bearing on a double fork 26b secured to the shaft 27; the latter is also shown held radially by two bearings 28a and 28b. It should be understood that this is only an example and that the detail of these joints in elevation and in azimuth can be chosen in any way.
Le détail de la structure du système de concentration 20 n'est pas précisé ici, n'étant pas directement concerné par l'invention. Ainsi qu'on le sait, un tel système est par exemple constitué par un réflecteur parabolique dont l'axe est orienté vers le soleil. Des échancrures appropriées sont ménagées, le cas échéant, dans ce réflecteur en vue d'éviter tout contact avec un élément extérieur au cours du suivi du soleil, en particulier avec l'arbre 27. En pratique, le réflecteur 20 est bien plus grand par rapport au reste de l'ensemble mobile qu'il n'est représenté sur les figures 1 à 4, ce qui est nécessaire compte tenu de la nature très dispersée de l'énergie solaire. The detail of the structure of the concentration system 20 is not specified here, not being directly concerned by the invention. As is known, such a system is for example constituted by a parabolic reflector whose axis is oriented towards the sun. Appropriate notches are provided, if necessary, in this reflector in order to avoid any contact with an external element during the tracking of the sun, in particular with the shaft 27. In practice, the reflector 20 is much larger by compared to the rest of the mobile assembly than it is shown in FIGS. 1 to 4, which is necessary given the widely dispersed nature of solar energy.
Le détail de la structure du générateur 30 d'air comprimé est donné aux figures 2 et 3. Ainsi qu'on le sait du brevet français NO 2 483 017 précité, ce générateur comporte un compresseur 31, un réchauffeur 32 à cavité 33 de confinement et une turbine 34. Ces trois éléments sont solidaires, et guidés en rotation au moyen de deux paliers 41 et 42, liés à l'enveloppe 40 du générateur 30. The detail of the structure of the compressed air generator 30 is given in FIGS. 2 and 3. As is known from the aforementioned French patent No. 2,483,017, this generator comprises a compressor 31, a heater 32 with containment cavity 33 and a turbine 34. These three elements are integral, and guided in rotation by means of two bearings 41 and 42, linked to the casing 40 of the generator 30.
Le compresseur représenté aux figures 2 et 3 est de type centrifuge à un étage, ce qui ne conduit à aucune difficulté particulière de construction. Il convient très bien pour les faibles débits que nécessite une installation solaire légère selon l'invention. Il est construit par exemple en alliage léger. Il est précédé d'un canal d'admission 50 comportant des aubes fixes 51 portant le premier palier 41. The compressor shown in FIGS. 2 and 3 is of the centrifugal type with one stage, which does not lead to any particular difficulty in construction. It is very suitable for the low flow rates required by a light solar installation according to the invention. It is constructed for example from light alloy. It is preceded by an intake channel 50 comprising fixed vanes 51 carrying the first bearing 41.
Le réchauffeur 32 est monté dans le prolongement du compresseur. Sa cavité 33 est de forme cylindrique avec un flasque arrière 35 en regard du compresseur et un flasque avant 36 présentant en son milieu une ouverture 37, en regard du système de concentration 20. Cette cavité est disposée au foyer de ce dernier. The heater 32 is mounted in the extension of the compressor. Its cavity 33 is cylindrical in shape with a rear flange 35 facing the compressor and a front flange 36 having in its middle an opening 37, facing the concentration system 20. This cavity is disposed at the focus of the latter.
Des rayons solaires 100 interceptés par le système de concentration 30 pénètrent à l'intérieur de la cavité à travers l'ouverture 37 précitée, et subissent des réflexions successives sur les faces internes de ladite cavité auxquelles ils transmettent peu à peu leur énergie sous forme de chaleur. La proportion des rayons incidents qui s'échappent de la cavité et les pertes par réémission en chaque point de ses faces internes (selon une fréquence plus basse que celle du rayonnement incident) sont d'autant plus faibles que le diamètre de l'ouverture 37 est faible. La taille de cette ouverture résulte en fait d'un compromis avec les caractéristiques du système de concentration, compte tenu de ce qu' en pratique le foyer dudit système est un volume et non un point sans dimensions. Ce foyer est avantageusement placé à l'emplacement de l'ouverture 37.Le flasque avant 36 porte autour de ladite ouverture une collerette axiale 38 , évasée intérieurement vers le système de concentation 20, et qui collabore par sa surface externe avec le second palier 42. Sun rays 100 intercepted by the concentration system 30 penetrate inside the cavity through the aforementioned opening 37, and undergo successive reflections on the internal faces of said cavity to which they gradually transmit their energy in the form of heat. The proportion of incident rays escaping from the cavity and the re-emission losses at each point on its internal faces (at a frequency lower than that of the incident radiation) are lower the smaller the diameter of the opening 37 is weak. The size of this opening results in fact from a compromise with the characteristics of the concentration system, taking into account that in practice the focus of said system is a volume and not a point without dimensions. This hearth is advantageously placed at the location of the opening 37. The front flange 36 carries around said opening an axial flange 38, flared internally towards the concentration system 20, and which collaborates by its external surface with the second bearing 42 .
La turbine 34 est constituée d'une série annulaire d'ailettes radiales 34a disposées sur le pourtour du réchauffeur 32 à hauteur du flasque avant. Elle est précédée de manière classique par un distributeur de turbine 39, composé d'une série annulaire d'ailettes radiales 39a fixes liées à l'enveloppe 40 du générateur, destiné à régler la vitesse et l'orientation de l'air attaquant les ailettes 34a de la turbine. The turbine 34 consists of an annular series of radial fins 34a disposed around the periphery of the heater 32 at the height of the front flange. It is preceded in a conventional manner by a turbine distributor 39, composed of an annular series of fixed radial fins 39a linked to the casing 40 of the generator, intended to regulate the speed and the orientation of the air attacking the fins 34a of the turbine.
L'enveloppe 40 du générateur comporte trois parties liées par des organes de liaison 43 tels que des ensembles boulon-écrou. Une premi.ère partie 4 osa, à l'avant, en regard du système de concentration, comporte le second palier 42 précité, trois traverses radiales 44, une portion cylindrique contournant la turbine, ainsi que le distributeur 39 de cette dernière. Une seconde partie 40b, intermédiaire, entoure le réchauffeur sur presque toute sa longueur. Une troisième partie 40c, à l'arrière, du côté compresseur, comprend le canal d'admission 50 avec ses aubes fixes 51 et le palier 41, ainsi qu'un diffuseur 52 à la sortie du compresseur. C'est au niveau de ce diffuseur qu'est ménagee une prise de soutirage 53 d'air comprimé. Le générateur 30 est lié au bras transversal 25 par un socle 54. The envelope 40 of the generator comprises three parts linked by connecting members 43 such as bolt-nut assemblies. A first part 4 osa, at the front, facing the concentration system, comprises the second bearing 42 above, three radial crosspieces 44, a cylindrical portion bypassing the turbine, as well as the distributor 39 of the latter. A second, intermediate portion 40b surrounds the heater over almost its entire length. A third part 40c, at the rear, on the compressor side, comprises the intake channel 50 with its fixed vanes 51 and the bearing 41, as well as a diffuser 52 at the outlet of the compressor. It is at the level of this diffuser that a intake outlet 53 for compressed air is provided. The generator 30 is linked to the transverse arm 25 by a base 54.
En fonctionnement du générateur 30, ainsi qu'on le sait, de l'air est aspiré au travers du canal 50, est comprimé par le compresseur 31, est soutiré en partie au niveau du diffuseur 52, s'échauffe au contact du réchauffeur 32, traverse le distributeur 39 puis est détendu au travers de la turbine 34. In operation of the generator 30, as is known, air is sucked through the channel 50, is compressed by the compressor 31, is partially drawn off at the diffuser 52, heats up in contact with the heater 32 , passes through the distributor 39 and is then expanded through the turbine 34.
En fait, le rendement du générateur 30 est lié à la fraction d'air comprimé par le compresseur qui peut être soutirée en 53, compte tenu de ce que la fraction restante, après échauffement, est suffisante pour assurer la rotation du compresseur de par sa seule détente au travers de la turbine. Ce rendement est d'autant plus élevé que le transfert énergie solaire-chaleur de l'air comprimé est meilleur. Il faut pour cela diminuer d'une part les pertes:de chaleur et d'autre part améliorer la qualité des échanges thermiques. C'est dans cet esprit que l'invention propose d'apporter divers aménagements aux générateurs décrits dans le brevet NO 2- 483 017 déjà cité. In fact, the output of the generator 30 is linked to the fraction of compressed air by the compressor which can be drawn off at 53, taking into account that the remaining fraction, after heating, is sufficient to ensure the rotation of the compressor by its only expansion through the turbine. This efficiency is higher the better the solar energy-heat transfer of the compressed air. This requires on the one hand to reduce losses: of heat and on the other hand to improve the quality of heat exchanges. It is in this spirit that the invention proposes to make various modifications to the generators described in patent NO 2- 483 017 already cited.
C'est ainsi que, à l'opposé de la paroi cylindrique 33a de la cavité 33, les faces internes des flasques 35 et 36 sont traitées de manière à présenter un coefficient d'absorption du rayonnement solaire le plus faible possible de manière à réduire au minimum l'échauffement desdits flasques, étant donné que ces derniers ne peuvent contribuer efficacement à l'échauffement de l'air comprimé circulant entre ladite paroi cylindrique et l'enveloppe 40. Thus, opposite the cylindrical wall 33a of the cavity 33, the internal faces of the flanges 35 and 36 are treated so as to have the lowest possible solar radiation absorption coefficient so as to reduce at least the heating of said flanges, since the latter cannot effectively contribute to the heating of the compressed air circulating between said cylindrical wall and the envelope 40.
Le flasque arrière 35 est en outre avantageusement séparé du compresseur sur la plus grande partie de sa surface par une lame d'air 35a située dans une zone morte de l'écoulement, de manière à réduire les perturbations qui pourraient affecter le cycle ouvert suivi par l'air lors de sa compression. La surface de cette lame d'air reste cependant limitée. par la rigidité que l'on exige de la liaison compresseur-réchauffeur. Il peut être avantageux le cas échéant de prévoir un troisième palier à ce niveau. Le flasque avant 36, dont la surface est réduite par l'ouverture 37, est quant à lui, isolé extérieurement de préférence. The rear flange 35 is also advantageously separated from the compressor over most of its surface by an air gap 35a situated in a dead zone of the flow, so as to reduce the disturbances which could affect the open cycle followed by air during its compression. The surface of this air gap remains limited, however. by the rigidity that is required from the compressor-heater connection. It may be advantageous if necessary to provide a third level at this level. The front flange 36, the surface of which is reduced by the opening 37, is for its part, preferably externally insulated.
Le transfert thermique entre les faces interne et externe de la paroi cylindrique 33a du réchauffeur est d'autant meilleur que l'épaisseur de cette paroi est faible. Par ailleurs, la rotation du réchauffeur, qui peut atteindre des vitesses de l'ordre de 40 000 tr/min et plus, induit des forces centrifuges très importantes, nettement prépondérantes par rapport à celles qui résultent de la différence de pression de part et d'autre de ladite paroi cette dernière ne peut y résister que pour des valeurs suffisamment élevées de son épaisseur, à moins que, selon l'invention, le réchauffeur 32 ne soit muni d'ailettes radiales adaptées à se comporter comme les cercles d'un tonneau. De telles ailettes 35 assument en fait une seconde fonction puisqu'elles constituent, pour l'air comprimé en écoulement, un ensemble de chicanes tendant à augmenter la surface d'échange thermique entre air et réchauffeur. The heat transfer between the internal and external faces of the cylindrical wall 33a of the heater is all the better as the thickness of this wall is low. Furthermore, the rotation of the heater, which can reach speeds of the order of 40,000 rpm and more, induces very large centrifugal forces, clearly preponderant compared to those which result from the pressure difference on the part and d 'other of said wall the latter can only resist it for sufficiently high values of its thickness, unless, according to the invention, the heater 32 is provided with radial fins adapted to behave like the circles of a barrel. Such fins 35 in fact assume a second function since they constitute, for the compressed air in flow, a set of baffles tending to increase the heat exchange surface between air and heater.
D'autres ailettes 56 sont avantageusement prévues sur l'enveloppe 40 pour renforcer cet effet de chicanes. En pratique, ces dernières produisent pour l'air comprimé une perte de charge d'autant plus importante que les ailettes 55 et 56 sont nombreuses. Other fins 56 are advantageously provided on the envelope 40 to reinforce this baffle effect. In practice, the latter produce for the compressed air a pressure drop which is all the greater as the fins 55 and 56 are numerous.
L'enveloppe 40, au moins dans sa partié intermédiaire 40b, est de préférence à double paroi de manière à contribuer aux réductions des pertes de chaleur. The envelope 40, at least in its intermediate part 40b, is preferably double-walled so as to contribute to the reduction of heat losses.
Compte tenu.de la proximité d'air-comprimé, il est avantageux que les paliers 41 et 42 soient des paliers à gaz hydrostatiques ; iL en découle une réduction du couple de frottement, donc de l'usure, tandis que très peu d'entretien est à prévoir. Given the proximity of compressed air, it is advantageous that the bearings 41 and 42 are hydrostatic gas bearings; iL results in a reduction in the friction torque, and therefore in wear, while very little maintenance is to be expected.
L'invention propose en outre de disposer en face du distributeur 39 de la turbine 34 une entrée d'air comprimé 57 en vue de permettre le lancement de l'ensemble tournant à partir de sa position de repos. The invention further proposes to have opposite the distributor 39 of the turbine 34 a compressed air inlet 57 in order to allow the launching of the rotating assembly from its rest position.
Ainsi qu'il apparaît sur la figure 1, deux éléments profilés aérodynamiquement 60 et 61 formant gouvernes sont disposés dans le flux d'échappement de la turbine 34. Les gouvernes sont montées sur des axes d'articulation vertical 60a et horizontal 61a. Leur incidence par rapport au flux d'échappement varie en fonction d'organes de commande tels que les tiges 62a et 63a de servo-moteurs 62 et 63 liés à l'enveloppe 40 du générateur d'air comprimé. Les servo-moteurs sont accouplés à des détecteurs d'écarts d'alignement de l'ensemble mobile par rapport à la direction du soleil.Ces détecteurs classiques, non représentés, sont par exemple constitués de paires de diodes photosensibles disposées de part et d'autre du pied d'une plaque opaque ; ces diodes produisent simultanément un courant lorsque ladite plaque est alignée en direction du soleil, ne projetant de ce fait aucune ombre à son pied. As it appears in FIG. 1, two aerodynamically profiled elements 60 and 61 forming control surfaces are arranged in the exhaust flow of the turbine 34. The control surfaces are mounted on vertical articulation axes 60a and horizontal 61a. Their incidence relative to the exhaust flow varies as a function of control members such as the rods 62a and 63a of servomotors 62 and 63 linked to the casing 40 of the compressed air generator. The servo motors are coupled to detectors for deviations in the alignment of the mobile assembly relative to the direction of the sun. These conventional detectors, not shown, are for example made up of pairs of photosensitive diodes arranged on either side. another at the base of an opaque plate; these diodes simultaneously produce a current when said plate is aligned in the direction of the sun, thereby casting no shadow at its foot.
Compte tenu des vitesses élevées de rotation qui peuvent être communiquées en pratique à l'ensemble compresseur- réchauffeur-turbine, ce dernier se comporte comme un gyroscope Goy ,ce dont l'invention tire parti. Given the high speeds of rotation which can be communicated in practice to the compressor-heater-turbine assembly, the latter behaves like a Goy gyroscope, which the invention takes advantage of.
De la sorte, une rétraction de la tige 62a du servo-moteur 62, dans l'exemple de réalisation de la figure 1, provoque une force aérodynamique dirigée vers l'observateur. Par suite de la précession gyroscopique liée à l'ensemble tournant (31 + 32 + 34), cette force sur la gouverne, transmise au générateur d'air comprimé 30, induit une rotationde l'ensemble mobile 10 par rapport à l'axe d'articulation 26a du bras transversal 25 correspondant à une montée. du générateur 30. La gouverne 60 assure donc le positionnement en site de l'ensemble mobile. On vérifie de même de la gouverne 61 assure le positionnement en azimut dudit ensemble. In this way, a retraction of the rod 62a of the servo-motor 62, in the embodiment of Figure 1, causes an aerodynamic force directed towards the observer. As a result of the gyroscopic precession linked to the rotating assembly (31 + 32 + 34), this force on the control surface, transmitted to the compressed air generator 30, induces a rotation of the mobile assembly 10 relative to the axis d hinge 26a of the transverse arm 25 corresponding to a rise. of the generator 30. The control surface 60 therefore ensures the site positioning of the mobile assembly. We also check the control surface 61 ensures the azimuth positioning of said assembly.
Ainsi que cela est évoqué plus haut, il peut être préféré de ne disposer qu'une seule gouverne 60 sur le générateur, et d'assurer le positionnement en azimut de celui-ci par action directe sur l'arbre vertical 27, au moyen d'un moteur à crémaillère par exemple. As mentioned above, it may be preferred to have only one control surface 60 on the generator, and to ensure the azimuth positioning of the latter by direct action on the vertical shaft 27, by means of 'a rack motor for example.
La figure 4 présente de manière synoptique un exemple d'installation solaire complète selon l'invention. FIG. 4 shows a block diagram of an example of a complete solar installation according to the invention.
Une canalisation 90 est branchée à la sortie 53 du générateur d'aircomprimé 30. Elle comporte'près de cette sortie une vanne de dérivation 91, à commande électrique par exemplewpour liaison-avec l'atmosphère, suivi d'un clapet anti-retour 93. Au-delà de ce dernier est dérivée une canalisation de démarrage 90a reliée à l'entrée d'air comprimé 57 au travers d'une vanne 92. La canalisation 90 alimente la station de stockage 65 comportant des volumes de stockage tels que des bouteillers d'air comprimé 94a, 94b, et 94c, mobiles ou non,au nombre de trois dans l'exemple représenté, au travers de vannes 95a, 95b, et 95c. La canalisation traverse ensuite une autre vanne 96 avant de traverser le premier échangeur 80.Elle se sépare ensuite en un tronçon 90b alimentant le moteur volumétrique 75 solidaire en rotation du générateur 70 et d'un ventilateur 99, et en un tronçon de court-circuit 90c traversant la vanne 98. Ces tronçons se regroupent à l'entrée du second échangeur 85. A pipe 90 is connected to the outlet 53 of the compressed air generator 30. It comprises, near this outlet, a bypass valve 91, electrically controlled for example for connection with the atmosphere, followed by a non-return valve 93 Beyond the latter is derived a starting pipe 90a connected to the compressed air inlet 57 through a valve 92. The pipe 90 supplies the storage station 65 comprising storage volumes such as bottles compressed air 94a, 94b, and 94c, mobile or not, three in number in the example shown, through valves 95a, 95b, and 95c. The pipeline then passes through another valve 96 before passing through the first exchanger 80. It then separates into a section 90b supplying the positive displacement motor 75 integral in rotation with the generator 70 and a fan 99, and in a short circuit section 90c passing through the valve 98. These sections are grouped together at the inlet of the second exchanger 85.
Compte tenu des faibles-amplitudes de mouvement de l'ensemble mobile par rapport à l'arbre vertical, cela ne pose guère de difficultés en pratique de disposer la canalisation 90, de préférence souple, le long du bras transversal 25 puis de l'arbre vertical 27. Given the low amplitudes of movement of the movable assembly relative to the vertical shaft, this poses little difficulty in practice in placing the pipe 90, preferably flexible, along the transverse arm 25 and then of the shaft vertical 27.
Au-démarrage de l'installation, la vanne 96 est fermée, la vanne 92 est ouverte, et l'une au moins des vannes 95a, 95b ou 95c est ouverte après branchement sur cette vanne d'une bouteille non vide. Il en découle une injection d'air comprimé au niveau du distributeur de la turbine 34 du générateur 30, qui provoque une rotation progressivede l'ensemble tournant compres-seurréchauffeur-turbine. Cette accélération en rotation se poursuit jusqu'à ce qu'une pression suffisante d'air comprimé soit appliquée par le compresseur à l'entrée du clapet anti-retour 93 auquel cas l'écoulement de l'air comprimé dans la canalisation 90 commence à s'inverser. On start-up of the installation, the valve 96 is closed, the valve 92 is open, and at least one of the valves 95a, 95b or 95c is opened after connection to this valve of a non-empty bottle. This results in an injection of compressed air at the level of the distributor of the turbine 34 of the generator 30, which causes a progressive rotation of the rotary compressor-seur-reheater-turbine assembly. This acceleration in rotation continues until a sufficient pressure of compressed air is applied by the compressor to the inlet of the non-return valve 93 in which case the flow of compressed air in the pipe 90 begins to reverse.
Il est cependant avantageux, aux premiers instants du démarrage, d'éviter toute interférence entre le clapet 93 et le tronçon dérivé 90a pouvant résulter de variations erratiques de pression en amont dudit clapet, en ouvrant la vanne 91 de mise à l'atmosphère. Cette vanne sera en outre ouverte dans tous les cas de défaillance, d'incident ou d'alarme.It is however advantageous, at the first moments of start-up, to avoid any interference between the valve 93 and the branch section 90a which could result from erratic pressure variations upstream of said valve, by opening the valve 91 for venting. This valve will also be open in all cases of failure, incident or alarm.
En plein régime de l'installation, les vannes 91 et 92 sont fermées. In full operation of the installation, the valves 91 and 92 are closed.
Selon un premier mode de fonctionnement, l'air comprimé fourni par le générateur est stocké dans les b,suteilles de la station de stockage 65. According to a first operating mode, the compressed air supplied by the generator is stored in the tanks of the storage station 65.
Selon un second mode de fonctionnement, lorsque les vannes 96 et 98 sont ouvertes, l'air comprimé et chaud de sortie du compresseur passe par les échangeurs 80 et 85 qui peuvent, le cas échéant, assurer des fonctions de chauffage. According to a second mode of operation, when the valves 96 and 98 are open, the compressed and hot air leaving the compressor passes through the exchangers 80 and 85 which can, if necessary, provide heating functions.
Dans ce cas, le moteur 75 ne fonctionne pas et, seule une récupération partielle de la chaleur fournie lors de la compression se fait par ces échangeurs. In this case, the engine 75 does not work and only partial recovery of the heat supplied during compression is done by these exchangers.
Lorsque la vanne 98 est fermée ou partiellement ouverte, l'air comprimé chaud, après son passage dans l'échangeur 80 est contraint de se détendre dans le moteur 75, qui entraîne alors le ventilateur 99- et l'alternateur 70. When the valve 98 is closed or partially open, the hot compressed air, after passing through the exchanger 80, is forced to expand in the engine 75, which then drives the fan 99- and the alternator 70.
Cet alternateur 70 alimente)par exemple, après transformation en 70a en courant continu les circuits de commande des servo-moteurs 62 et 63. This alternator 70 supplies) for example, after transformation into 70a into direct current the control circuits of the servo-motors 62 and 63.
On a alors, récupération partielle de la chaleur fournie lors de la compression sur l'échangeur 80, puis transformation par le moteur 75 de l'énergie de pression de l'air comprimé en énergie mécanique et en froid. We then have partial recovery of the heat supplied during compression on the exchanger 80, then transformation by the engine 75 of the pressure energy of the compressed air into mechanical energy and cold.
L'échangeur 85 peut alors être considéré comme source de froid utilisable à des fins de climatisation et/ou de condensation de vapeur d'eau atmosphérique. The exchanger 85 can then be considered as a source of cold usable for air conditioning and / or condensation of atmospheric water vapor.
La vanne 98 s'ouvre complètement en cas d'anomalie sur l'ensemble moteur-ventilateur-alternateur (75-99-70). Valve 98 fully opens in the event of an anomaly on the engine-fan-alternator assembly (75-99-70).
Cette vanne est à ouverture progressive, elle adapte le taux de détente par le moteur 75 en fonction des besoins de froid et de courant électrique. Il est à noter à ce propos que les fournitures de froid et de cou- rant électrique sont physiquement conjointes, chacune d'elles étant sous produit de l'autre : il est intéressant de tirer parti de cette double production. This valve is progressive opening, it adapts the rate of expansion by the motor 75 according to the needs of cold and electric current. It should be noted in this connection that the supplies of cold and electric current are physically combined, each of them being by product of the other: it is interesting to take advantage of this double production.
En variante, l'air traversant la vanne 96 provient de la station de stockage, la nuit par exemple ou lors des périodes de faible ensoleillement. As a variant, the air passing through the valve 96 comes from the storage station, at night for example or during periods of low sunshine.
Il va de soi que les exemples de réalisation illustrés par les figures 1 à 4 n'ont été décrits qu'à titre d'exemple non limitatif et que-de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir pour autant du cadre de l'invention. It goes without saying that the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 1 to 4 have only been described by way of nonlimiting example and that numerous variants can be proposed by those skilled in the art without departing from as much within the scope of the invention.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8211931A FR2529960A1 (en) | 1982-07-07 | 1982-07-07 | Compressed air solar installation with orientable generator |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR8211931A FR2529960A1 (en) | 1982-07-07 | 1982-07-07 | Compressed air solar installation with orientable generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2529960A1 true FR2529960A1 (en) | 1984-01-13 |
| FR2529960B1 FR2529960B1 (en) | 1985-01-04 |
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ID=9275774
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2529960A1 (en) |
Cited By (2)
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Also Published As
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| FR2529960B1 (en) | 1985-01-04 |
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