[go: up one dir, main page]

WO2022195203A1 - Turbine pour bouche d'aeration et bouche d'aeration autonome en energie compatible avec une large gamme de debits d'air - Google Patents

Turbine pour bouche d'aeration et bouche d'aeration autonome en energie compatible avec une large gamme de debits d'air Download PDF

Info

Publication number
WO2022195203A1
WO2022195203A1 PCT/FR2022/050439 FR2022050439W WO2022195203A1 WO 2022195203 A1 WO2022195203 A1 WO 2022195203A1 FR 2022050439 W FR2022050439 W FR 2022050439W WO 2022195203 A1 WO2022195203 A1 WO 2022195203A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
turbine
air
blades
series
air vent
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2022/050439
Other languages
English (en)
Inventor
Nicolas LAMOUCHE
Stéphane LAURENT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Enerbee SAS
Original Assignee
Enerbee SAS
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 Enerbee SAS filed Critical Enerbee SAS
Publication of WO2022195203A1 publication Critical patent/WO2022195203A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/061—Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/02—Ducting arrangements
    • F24F13/06—Outlets for directing or distributing air into rooms or spaces, e.g. ceiling air diffuser
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • TITLE TURBINE FOR VENT VENT AND AUTONOMOUS VENT VENT IN ENERGY COMPATIBLE WITH A WIDE RANGE OF FLOW RATES
  • the present invention relates to the field of self-powered air vents. It relates in particular to a turbine, compatible with low and high airflows, which ensures the energy autonomy of the air vent while limiting noise pollution and wear.
  • Modern buildings are all equipped with a ventilation, air conditioning and/or heating system which, in particular, renews indoor air and evacuates stale air. This avoids an accumulation of an excessive quantity of harmful compounds or particles: C02, volatile organic compounds, etc. It also avoids excessive humidity which can lead to the deterioration of the building, and it provides a satisfactory degree of comfort for the residents.
  • measuring devices temperature, humidity, air quality sensors, etc.
  • the measuring devices are connected to a control device, for example a computer, so as to be able to control the heating, ventilation and air conditioning means on the basis of the data collected.
  • control device for example a computer
  • Document WO2018069656 discloses a device for measuring a characteristic of the air flowing in an air duct, energy self-sufficient and exhibiting low sound emission in operation.
  • the rotation of a turbine allows the measurement of the air flow and provides the mechanical energy which, converted into electricity, makes the device autonomous.
  • the air flow can vary greatly, depending on the ventilation network, ventilation, heating or air conditioning needs. It is therefore important that the autonomous device operates in a wide range of airflows, typically between 5m 3 /h and 45m 3 /h for an 80mm diameter vent, or between 10m 3 /h and 120m 3 /h for a 125mm vent, even up to 200m 3 /h and even more for larger diameter vents.
  • the speed of rotation of the turbine must therefore be sufficient, at low airflows, to recover the energy allowing autonomous operation; moreover, the rotation speed of the turbine must be limited at high air flow rates, to avoid noise pollution and wear of moving parts. It may also happen that the electronics allowing the recovery of electrical energy is not compatible with excessively high speeds of rotation of the turbine.
  • the present invention proposes a turbine for an autonomous air vent, compatible with low and high air flow rates, which ensures the energy autonomy of the vent, while limiting noise pollution and wear.
  • the invention also relates to an autonomous air vent comprising said turbine.
  • the present invention relates to a turbine for an air vent, of generally cylindrical shape, having a main axis of rotation, and comprising a central series of first blades, the turbine being intended to be traversed by a flow of air.
  • the turbine is remarkable in that it comprises an outer series of second blades, the two series occupying distinct annular spaces, concentric and centered on the main axis and the two series being traversed by the flow of air, and in that that the second blades are curved and include:
  • each second blade has a general L-shape, the inlet portion comprises a front face extending radially relative to said main axis, and the direction of the air flow is parallel to the main axis;
  • each second blade has a general U-shape, the direction of the air flow secant to the main axis, said air flow having been deflected by a deflector before entering the turbine;
  • the second blades are arranged next to each other, so as to define an overlap of between 70% and 100% of a frontal surface of the annular space of the external series, said frontal surface being normal to the axis major ;
  • the invention also relates to an autonomous air vent comprising:
  • stator in pivot connection with the turbine via a rotation shaft parallel to the main axis
  • an adjustable central shutter able to at least partially block the flow of air passing through the central series of first blades
  • the regulation system comprises an adjustable external shutter, able to at least partially block the flow of air passing through the external series of second blades and controlled by the control device;
  • the stator comprises a cylindrical housing centered around the rotating shaft, inside which the generator is arranged;
  • control device is arranged in the cylindrical housing
  • the shutter(s) is (are) carried by the cylindrical housing and comprises blades extending radially and able to fan out to regulate the flow of air passing through the mouth ventilation;
  • stator comprises an outer casing surrounding the turbine and intended to be fixed in an air duct;
  • the turbine comprises a closed annular zone between the outer series and the central series, a rear face of this annular zone comprising at least one concentric cylindrical wall configured to form a labyrinth system with at least one complementary wall carried by the stator, so as to limit the passage of air between the outer and central series of blades, without friction;
  • the generator comprises a magneto-electric converter and a magnetic field source
  • control device comprises at least one motor for actuating the shutter(s), synchronously or independently of one another.
  • Figure 1 shows a turbine according to the invention, in front view (a) and in perspective (b);
  • FIG. 2 shows a turbine according to the invention, in side view (a) and in section (b);
  • FIG.3 shows a turbine according to a particular embodiment of the invention
  • Figure 4 shows the speed of rotation of a turbine according to the invention, depending on the air flow
  • Figure 5 shows an air vent according to the invention, in perspective and in partial section
  • Figure 6 shows an air vent according to the invention, in section
  • FIG.7 shows an air vent according to the invention, in rear view, with the shutters of the air flow regulation system partially deployed (a) and fully retracted (b).
  • the invention relates to a turbine 1 intended to be associated with an energy self-sufficient air vent.
  • the turbine 1 has a generally cylindrical shape and a main axis of rotation A, parallel to the axis z of the reference (x,y,z) shown in all the figures.
  • frontal plane a plane (x,y) normal to the main axis A.
  • surfaces or frontal faces the surfaces or faces of the various elements described later which are parallel to the plane (x,y) will be called surfaces or frontal faces.
  • a deflector can cause a local deviation of the direction of the air flow (F) which can then be locally secant to the main axis A.
  • the turbine 1 comprises a central series 2 of first blades 20.
  • the central series 2 occupies a space of annular shape in the frontal plane (x,y), said space being centered on the main axis A.
  • the flow of air F is intended to cross the annular space of this central series 2 of first blades 20.
  • the central zone 6 of the turbine 1 is closed: a rear face of this central zone 6 is intended to cooperate with a rotation shaft 60 which will be described later with reference to the air vent 100.
  • the characteristics of the central series 2 of first blades 20 are defined to allow high air flow rates (typically greater than 40m 3 /h).
  • the passage section, fixed by the width of the annular space, is maximized so as to limit the drops in air pressure: the objective is that the turbine 1 is driven in rotation by the bearing force of the air on the first blades 20, but by adjusting the barrier power of the latter to limit its speed of rotation at high airflows.
  • the barrier power is defined by the overlap of the first blades 20 in the frontal plane (x,y) and by the inclination of said blades (20).
  • the covering of the frontal surface of the annular space of the central series 2 by the first blades 20 can be adjusted between a maximum value of 100% and a low value corresponding to a single first blade 20 in the central series 2; intermediate overlaps are preferable, based on a number of first blades 20 typically ranging from 3 to 12.
  • the inclination of the first blades 20 will also have an influence on the speed of rotation of the turbine 1, for a flow rate of given air: the greater the angle b between a first blade 20 and the main axis A (axis z), typically strictly between 90° and 180°, the greater the rotation of the turbine 1 will be (figure 1(b)).
  • the central series 2 comprises twelve first blades 20, their inclination with respect to the main axis A (parallel to the z axis) is 145° and the width I2 of the annular space is chosen between 10mm and 20mm, i.e. in particular 15mm in the example of figure 1. In general, one seeks to maximize this width I2, while taking into account the other dimensional constraints of the turbine 1, which will be discussed later.
  • the turbine 1 according to the invention further comprises an outer series 3 of second blades 30, which also occupies a space of annular shape in the frontal plane (x,y) and centered on the main axis A.
  • the central series 2 and the external series 3 are concentric and occupy distinct annular spaces (FIG. 1).
  • the air flow F is intended to pass through the annular space of the outer series 3 of second blades 30.
  • this external series 3 of second blades 30 are defined to operate at low airflows: in particular, they allow the turbine 1 to have a rotation speed sufficient to allow energy recovery from 5m 3 /h airflow; they also make it possible to start the rotation of the turbine from an air flow of the order of 10-15m 3 /h.
  • each second blade 30 has an inlet portion 31 parallel to the direction of the airflow F: here it is meant that the inlet portion 31 is substantially parallel to the direction of the airflow F; it may typically form an angle of plus or minus 20° with said direction, this angle preferably being as close as possible to 0°.
  • the inlet portion 31 is intended to guide the flow of air F which will enter the turbine 1.
  • Each second blade 30 also comprises an outlet portion 33 forming an angle a greater than 90° with the main axis A, and whose role is to block the flow of air F: the support force of the air on this outlet portion 33 allows the rotation of the turbine 1, and this for very low airflows.
  • the angle a between the outlet portion 33 of each second blade 30 and the main axis A is less than or equal to 140°.
  • each second blade 30 comprises an intermediate portion 32 to connect the inlet 31 and outlet 33. It will be preferred for this intermediate portion 32 to be curved, advantageously with a gentle curvature to avoid generating turbulence in the flow of the air flow F.
  • each second blade 30 has a general L-shape (FIG. 2 (a)).
  • the inlet portion 31 is parallel to the main axis A and has a front face 31a which extends radially with respect to said main axis A.
  • the direction of the air flow F is parallel to the axis main A.
  • the inlet portion 31 therefore forms an angle a greater than 90° with the outlet portion 33, and advantageously less than 140°; in the turbine example 1 illustrated in FIG. 2, the angle a is 110°.
  • each second blade 30 has a general U-shape (FIG. 3).
  • the direction of the air flow F is secant to the main axis A.
  • the deviation of the air flow F is operated by a deflector 7 arranged just before the turbine 1 and intended to remain fixed, whereas the turbine 1 will be rotating in the air vent.
  • the initial airflow I arrives substantially parallel to the main axis A, but passing through L-shaped elements 71 of the deflector 7, it is deflected to form the airflow F entering the turbine 1.
  • the angle a' between the inlet portion 31 and the outlet portion 33 of each second blade 30 can be between 20° and 110°. This more closed angle than in the previous embodiment, makes it possible to increase the drive torque of the turbine generated by the air flow F and therefore promotes the speed of rotation or the starting of the turbine at very low flow d 'air.
  • the particular shape of the second blades 30 gives them great efficiency in capturing the air flow F and take advantage of it to induce the rotation of the turbine 1, even for low air flow rates, and in particular when the turbine 1 is stopped.
  • the location of the external series 3 in a peripheral annular space of the turbine 1 guarantees a large passage section, which tends to reduce the speed of the air, and consequently the speed of rotation of the turbine 1.
  • the width I3 of the annular space of the outer series 3 is preferably between 1mm and 10mm. The smaller the width I3, the greater the drive torque and the higher the speed of rotation of the turbine 1. By way of example, to favor starting of the turbine 1 from an air flow of the order of 15 m 3 /h, a width I3 of 6 mm will be chosen; for starting from an air flow of the order of 10 m 3 /h, a width I3 of 3 mm will be preferred.
  • the turbine 1 can advantageously comprise an annular zone 5, the front face of which is closed, between the outer series 3 and the central series 2 (FIG. 1). At least one concentric cylindrical wall 51 is present on a rear face of this annular zone 5 (FIG. 2(b)). As will be recalled during the description of the air vent 100, the wall(s) 51 is (are) configured to form a labyrinth system L with at least one complementary wall 115 carried by the mouth 100, so as to limit the passage of air between the outer 3 and central 2 series of blades 30,20, and this without friction (FIG. 5).
  • peripheral contour of the turbine 1 can be delimited by the edge of the second blades 30 of the outer series 3, as shown in Figure 2 (a).
  • the turbine 1 may comprise a peripheral wall 4 surrounding the outer series 3 of second blades 30 and forming a continuous peripheral contour (FIG. 1).
  • This configuration is advantageous in that it allows better guidance of the air flow F in the outer series 3 of second blades 30. It therefore tends to improve the efficiency of the outer series 3 for starting and operation at low airflows.
  • the turbine 1 is advantageously formed from a plastic material, chosen from standard injection plastics such as acrylonitrile butadiene styrene (abs), polycarbonate (PC), polypropylene (PP).
  • a plastic material chosen from standard injection plastics such as acrylonitrile butadiene styrene (abs), polycarbonate (PC), polypropylene (PP).
  • the turbine 1 according to the invention favors the aerodynamic torque at low flow and in particular when the turbine stops (effect of the external series 3), while limiting the speed of rotation of the turbine 1 during its operation at medium or high air flow rates (effect of the central series 2).
  • the speed of rotation of a turbine 1 as illustrated in FIG. 2 can vary between 150 rpm and 1100 rpm for air flow rates ranging from approximately 10 m 3 /h to 30 m 3 /h, thanks to the external series 3 of second blades 30; with central series 2 of first blades 20, the speed of rotation can vary between 500 rpm and 2200 rpm for air flow rates ranging from approximately 30 m 3 /h to 110 m 3 /h.
  • the invention also relates to an air vent 100 autonomous in electrical energy, which comprises the turbine 1 previously described (FIG. 5).
  • the air vent 100 is intended to be fixed in an air duct which is, in general, part of a set of ducts forming the ventilation network of a building.
  • the turbine 1 forms the rotor and the air vent 100 comprises a structural element forming a stator 110, in pivot connection with the rotor (turbine 1) via a rotation shaft 60 parallel to the main axis A (figure 6).
  • This connection is for example made by means of ball bearings 61 arranged between the rotation shaft 60 and the turbine 1, in order to limit friction and the associated energy losses as much as possible.
  • the stator 110 comprises an outer casing 114, of substantially cylindrical shape, surrounding the turbine 1; this is positioned at a first end of the casing 114, on the side where the air flow F arrives.
  • the outer casing 114 is shaped so as to fit, in whole or in part, into an air duct (not shown).
  • Conventional fixing means may be used to fix the outer casing 114, and therefore the air vent 100, in the duct.
  • the ventilation ducts of a building can take the form of flexible or rigid ducts of circular section and of standardized diameter of 50mm, 80mm, 125mm or 300mm.
  • the dimensions of the outer casing 114 are preferably adapted to the diameter of the sheath.
  • the diameter D of the turbine 1 is of course smaller to the internal diameter of the casing 114.
  • a functional clearance of 1 mm is provided between the peripheral contour of the turbine 1 and the casing 114.
  • the stator 110 defines an external channel 113, annular, facing the external series 3 of second blades 30, to guide the air flow F, after it has passed through the external series 3, in the duct of ventilation or in the ventilated room, depending on the type of ventilation.
  • the stator 110 also defines an inner channel 112, annular, facing the central series 2 of first blades 20, to guide the flow of air F, after it has passed through the central series 2.
  • the air vent 100 also includes a generator 120 producing electricity from the rotation of the turbine
  • the stator 110 comprises a cylindrical housing 111, centered around the rotation shaft 60 and positioned opposite the rear face of the closed central zone 6 of the turbine 1.
  • the generator 120 can be disposed at least in part in this housing 111. It is then understood that the generator 120 referred to must be compact.
  • the generator 120 therefore comprises a magneto-electric converter 121 and a magnetic field source 122, such as a permanent magnet (FIG. 6).
  • a magnetic field variation is seen by the converter 121, which transforms this variation into a mechanical deformation capable of generating an accumulation of charges.
  • This conversion capacity is linked to the presence of a stack of layers of magnetostrictive material and of piezoelectric material.
  • the electric charges supplied by converter 121 are collected and can be stored, for example, in a storage circuit or a battery. They will be used in particular to supply a control device forming part of the mouth ventilation 100. They can also supply other types of measurement sensors that can be integrated into the mouth 100.
  • the rotation of the turbine 1 thus provides the relative movement between the converter 121 and the source 122.
  • the turbine 1 is able to provide a speed of rotation typically between 100 and 2000 rpm (as illustrated in FIG. 4), advantageously between 150 and 1500 rpm; this corresponds to the operating range of the generator 120 for optimum electrical charge recovery.
  • the air vent 100 also includes a system 130 for regulating the flow of air F passing through it.
  • the system 130 comprises an adjustable central shutter 132, able to at least partially block the flow of air F passing through the central series 2 of first blades 20 and the inner channel 112 of the stator 110.
  • the regulation system 130 can also comprise a adjustable external shutter 133, capable of blocking at least in part the flow of air F passing through the external series 3 of second blades 30 and the external channel 113 of the stator 110.
  • the shutter(s) 132,133 is (are) advantageously carried by the cylindrical housing 111 of the stator 110. As illustrated in Figure 6, they can be placed at a second end of the outer casing 114.
  • a shutter 132,133 can take different forms, for example in the form of an iris or in the form of a fan. In the latter case, blades extend radially and are able to fan out to more or less close the inner channel 112 and/or the outer channel 113, and thus regulate the flow of air F passing through the mouth of vent 100. In Figure 7(a), the blades appear partially extended while they are fully retracted in Figure 7(b).
  • the regulation system 130 further comprises a control device, powered by the generator 120 and configured to control the shutter(s) 132,133.
  • the control device may be, at least in part, disposed in the cylindrical housing 111. It comprises at least one motor 134, preferably housed in the cylindrical housing 111, to actuate the shutter(s) 132,133, so synchronized or independently of each other ( Figure 6). It also includes an electronic circuit (not shown) to control said motor 134.
  • This circuit is advantageously placed in the cylindrical housing 111, which facilitates the electrical connections between the generator 120 and the control device (including in particular the electronic circuit and the engine 134). Alternatively, the electronic circuit can be placed outside the air vent 100 and electrically connected to the generator 120 and to the motor 134 by wires passing outside the outer casing 114 of the stator 110.
  • control can also include a wireless communication module to communicate data measured at the air vent 100 or receive information or instructions from the outside.
  • the speed of rotation of the turbine 1 can be measured thanks to the energy pulses supplied by the generator 120, the frequency of these pulses being representative of the rotation of the turbine 1. It is possible to draw from this information, cross-checked with the position of the shutter(s) 132,133, the air flow passing through the turbine 1, and therefore into the air vent 100.
  • Other data can be measured using sensors integrated in the mouth 100, for example CO2, humidity, presence sensors, etc.
  • the regulation system 130 can help to obtain this flow by closing the air vent 100 more or less, when that - it is connected to a ventilation system.
  • a ventilation system which provides a nominal constant pressure: the closing of the mouth 100 by the regulation system 130 will modify the pressure level. The fan will therefore slow down to return to the nominal pressure level, which will reduce the air flow.
  • the shutter(s) 132,133 also allow(s) to favor the passage of the air flow through one or the other of the series 2,3 of blades 20,30 of the turbine 1, for making the Air Vent 100 compatible with a wide range of airflows.
  • the central shutter 132 completely closes the inner channel 112, so that the air flow F will be forced to circulate only through the outer series 3 of second blades 20; the external shutter 133, if present, is completely retracted so as to leave the outer channel 113 open.
  • the air vent 100 is then in the most favorable configuration for restarting the turbine 1, at low air flow, typically around 10-15m 3 /h.
  • the turbine 1 When the turbine 1 is rotating, and the air flow is between 5m 3 /h and 20m 3 /h, it is preferable to leave the outer channel 113 completely open and to completely or partially block the inner channel 112, so as to obtain a speed of rotation of the turbine 1 sufficiently high to favor the recovery of energy, typically a speed greater than 150 revolutions/min.
  • the central shutter 132 When the airflow passing through the air vent 100 is greater than 20-30m 3 /h, the central shutter 132 is retracted so as to let the airflow F pass through the central series 2 of first blades 20 suitable for high speeds. It is thus possible to control the speed of rotation of the turbine 1 in a favorable range for the recovery of energy (typically between 500 revolutions/min and 2000 revolutions/min, or even preferentially between 500 and 1500 revolutions/min) but which remains in below rotational speeds causing noise pollution and/or excessive wear of the parts of the air vent 100.
  • energy typically between 500 revolutions/min and 2000 revolutions/min, or even preferentially between 500 and 1500 revolutions/min
  • control device can thus control the shutter(s) 132,133 to regulate the flow of incident air F passing through the turbine 1 and thus adjust the configuration from the air vent 100 to the different airflows.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

L'invention concerne une turbine (1) pour bouche d'aération, de forme générale cylindrique, présentant un axe principal de rotation (A), et comprenant une série centrale (2) de premières pales (20). La turbine (1) est caractérisée en ce qu'elle comprend une série externe (3) de deuxièmes pales (30), les deux séries (2,3) occupant des espaces annulaires concentriques et centrés sur l'axe principal (A), et en ce que les deuxièmes pales (30) sont incurvées et comportent : - une portion d'entrée parallèle à une direction du flux d'air (F) entrant dans la turbine (1), pour guider ledit flux d'air, - une portion de sortie formant un angle supérieur à 90° avec l'axe principal (A), pour faire barrage au flux d'air (F), et - une portion intermédiaire pour relier les portions d'entrée et de sortie. L'invention concerne également une bouche d'aération (100) comprenant ladite turbine (1).

Description

DESCRIPTION
TITRE : TURBINE POUR BOUCHE D'AERATION ET BOUCHE D'AERATION AUTONOME EN ENERGIE COMPATIBLE AVEC UNE LARGE GAMME DE DEBITS
D'AIR
DOMAINE DE L' INVENTION
La présente invention concerne le domaine des bouches d'aération autonome en énergie. Elle concerne en particulier une turbine, compatible avec les bas et les hauts débits d'air, qui assure l'autonomie énergétique de la bouche d'aération tout en limitant les nuisances sonores et l'usure.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L' INVENTION
Les bâtiments modernes sont tous équipés d'un système de ventilation, de climatisation et/ou de chauffage qui permet notamment de renouveler l'air intérieur et d'évacuer l'air vicié. On évite ainsi une accumulation d'une quantité excessive de composés ou de particules nocives : C02, composés organiques volatils, etc. On évite également une humidité excessive qui peut conduire à la dégradation du bâtiment, et on confère un degré de confort satisfaisant pour les résidents.
Il est de plus en plus fréquent d'équiper les bouches d'aération, disposées dans les espaces intérieurs d'un bâtiment, de dispositifs de mesure (capteurs de température, d'humidité, de qualité de l'air, etc.) afin de collecter des données caractérisant l'état de ces espaces. Les dispositifs de mesure sont reliés à un dispositif de commande, par exemple un calculateur, de manière à pouvoir commander les moyens de chauffage, de ventilation et de climatisation sur la base des données collectées. Afin de limiter les travaux d'aménagement pour l'alimentation en énergie des dispositifs de mesure et les liaisons nécessaires avec le dispositif de commande pour la communication des données mesurées, plusieurs solutions de dispositifs de mesure autonomes ou de bouches d'aération autonomes ont été proposées.
On connaît par exemple du document WO2018069656 un dispositif de mesure d'une caractéristique de l'air circulant dans un conduit d'aération, autonome en énergie et présentant une émission sonore faible en fonctionnement. La rotation d'une turbine permet la mesure du débit d'air et procure l'énergie mécanique qui, convertie en électricité, rend le dispositif autonome.
Dans une bouche d'aération, le débit d'air peut varier très fortement, en fonction du réseau d'aération, des besoins de ventilation, de chauffage ou de climatisation. Il est donc important que le dispositif autonome fonctionne dans une large gamme de débits d'air, typiquement entre 5m3/h et 45m3/h pour une bouche de 80mm de diamètre, ou entre 10m3/h et 120m3/h pour une bouche de 125mm, voire jusqu'à 200m3/h et plus encore pour les bouches de plus gros diamètre. La vitesse de rotation de la turbine doit donc être suffisante, à bas débits d'air, pour récupérer l'énergie autorisant un fonctionnement autonome ; de plus, la vitesse de rotation de la turbine doit être limitée à hauts débits d'air, pour éviter les nuisances sonores et l'usure des pièces en mouvement. Il peut également arriver que l'électronique permettant la récupération d'énergie électrique ne soit pas compatible avec de trop hautes vitesses de rotation de la turbine.
Ces deux impératifs de rotation, à faibles et hauts débits d'air, appellent souvent des choix antagonistes de designs de pales pour la turbine : des compromis de design sont habituellement opérés qui ne parviennent pas à adresser parfaitement les besoins de fonctionnement dans les larges gammes de débits d'air énoncées.
OBJET DE L' INVENTION
La présente invention propose une turbine pour une bouche d'aération autonome, compatible avec les bas et les hauts débits d'air, qui assure l'autonomie énergétique de la bouche, tout en limitant les nuisances sonores et l'usure. L'invention concerne également une bouche d'aération autonome comprenant ladite turbine.
BREVE DESCRIPTION DE L' INVENTION
La présente invention concerne une turbine pour une bouche d'aération, de forme générale cylindrique, présentant un axe principal de rotation, et comprenant une série centrale de premières pales, la turbine étant destinée à être traversée par un flux d'air. La turbine est remarquable en ce qu'elle comprend une série externe de deuxièmes pales, les deux séries occupant des espaces annulaires distincts, concentriques et centrés sur l'axe principal et les deux séries étant traversées par le flux d'air, et en ce que les deuxièmes pales sont incurvées et comportent :
- une portion d'entrée parallèle à une direction du flux d'air entrant dans la turbine, pour guider ledit flux d'air,
- une portion de sortie formant un angle supérieur à 90° avec l'axe principal, pour faire barrage au flux d'air, et
- une portion intermédiaire pour relier les portions d'entrée et de sortie.
Selon des caractéristiques avantageuses de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison réalisable : • l'angle entre la portion de sortie et l'axe principal est inférieur ou égal à 140° ;
• la portion intermédiaire est courbée ;
• chaque deuxième pale présente une forme générale en L, la portion d'entrée comprend une face frontale s'étendant radialement par rapport audit axe principal, et la direction du flux d'air est parallèle à l'axe principal ;
• chaque deuxième pale présente une forme générale en U, la direction du flux d'air est sécante à l'axe principal, ledit flux d'air ayant été dévié par un déflecteur avant d'entrer dans la turbine ;
• les deuxièmes pales sont disposées les unes à côté des autres, de manière à définir un recouvrement compris entre 70% et 100% d'une surface frontale de l'espace annulaire de la série externe, ladite surface frontale étant normale à l'axe principal ;
• une paroi périphérique entourant la série externe de deuxièmes pales.
L'invention concerne également une bouche d'aération autonome comprenant :
- la turbine telle que précitée, formant un rotor,
- un stator en liaison pivot avec la turbine par l'intermédiaire d'un arbre de rotation parallèle à l'axe principal,
- un générateur produisant de l'électricité à partir de la rotation de la turbine,
- un système de régulation du flux d'air traversant la bouche d'aération, comportant :
* un obturateur central réglable, apte à bloquer au moins en partie le flux d'air traversant la série centrale de premières pales, et
* un dispositif de commande alimenté par le générateur et configuré pour piloter l'obturateur central. Selon des caractéristiques avantageuses de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison réalisable :
• le système de régulation comporte un obturateur externe réglable, apte à bloquer au moins en partie le flux d'air traversant la série externe de deuxièmes pales et piloté par le dispositif de commande ;
• le stator comprend un logement cylindrique centré autour de l'arbre de rotation, à l'intérieur duquel le générateur est disposé ;
• le dispositif de commande est disposé dans le logement cylindrique ;
• le (ou les) obturateur (s) est(sont) porté(s) par le logement cylindrique et comporte(nt) des lames s'étendant radialement et aptes à se déployer en éventail pour réguler le flux d'air traversant la bouche d'aération ;
• le stator comporte une enveloppe externe entourant la turbine et destinée à être fixée dans un conduit d'aération ;
• la turbine comprend une zone annulaire fermée entre la série externe et la série centrale, une face arrière de cette zone annulaire comportant au moins une paroi cylindrique concentrique configurée pour former un système de labyrinthe avec au moins une paroi complémentaire portée par le stator, de manière à limiter le passage de l'air entre les séries externe et centrale de pales, sans frottement ;
• le générateur comprend un convertisseur magnéto-électrique et une source de champ magnétique ;
• le dispositif de commande comprend au moins un moteur pour actionner le (ou les) obturateur(s), de façon synchronisée ou indépendamment l'un de l'autre. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles :
[Fig. 1] La figure 1 présente une turbine conforme à l'invention, en vue de face (a) et en perspective (b) ;
[Fig. 2] La figure 2 présente une turbine conforme à l'invention, en vue de côté (a) et en coupe (b) ;
[Fig.3] La figure 3 présente une turbine selon un mode particulier de réalisation de l'invention ;
[Fig.4] La figure 4 présente la vitesse de rotation d'une turbine conforme à l'invention, en fonction du débit d'air ;
[Fig.5] La figure 5 présente une bouche d'aération conforme à l'invention, en perspective et en coupe partielle ;
[Fig.6] La figure 6 présente une bouche d'aération conforme à l'invention, en coupe ;
[Fig.7] La figure 7 présente une bouche d'aération conforme à l'invention, en vue arrière, avec les obturateurs du système de régulation du flux d'air partiellement déployés (a) et totalement rétractés (b).
Les mêmes références sur les figures pourront être utilisées pour des éléments de même nature.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation illustrés et/ou détaillés dans la description à suivre) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L' INVENTION L'invention concerne une turbine 1 destinée à être associée à une bouche d'aération autonome en énergie.
Comme illustrée sur la figure 1, la turbine 1 présente une forme générale cylindrique et un axe principal de rotation A, parallèle à l'axe z du repère (x,y,z) repris sur l'ensemble des figures. On appellera par la suite « plan frontal », un plan (x,y) normal à l'axe principal A. De la même manière, les surfaces ou faces des différents éléments décrits plus loin qui sont parallèles au plan (x,y) seront nommées surfaces ou faces frontales. Lorsque la turbine 1 est montée dans une bouche d'aération 100, lesdites surfaces et faces frontales sont destinées à recevoir le flux d'air F incident, comme cela est par exemple illustré sur la figure 2. Les surfaces ou faces arrière sont disposées à l'opposé des surfaces ou faces frontales.
L'air destiné à traverser la turbine 1 se déplace donc parallèlement à l'axe principal A et en sens inverse de l'axe z. Nous verrons plus loin que, dans un mode de réalisation particulier, un déflecteur peut provoquer une déviation locale de la direction du flux d'air (F) qui peut alors être localement sécante à l'axe principal A.
La turbine 1 selon l'invention comprend une série centrale 2 de premières pales 20. La série centrale 2 occupe un espace de forme annulaire dans le plan frontal (x,y), ledit espace étant centré sur l'axe principal A. Le flux d'air F est destiné à traverser l'espace annulaire de cette série centrale 2 de premières pales 20.
Notons que la zone centrale 6 de la turbine 1 est fermée : une face arrière de cette zone centrale 6 est destinée à coopérer avec un arbre de rotation 60 qui sera décrit plus tard en référence à la bouche d'aération 100. Les caractéristiques de la série centrale 2 de premières pales 20 sont définies pour autoriser de hauts débits d'air (typiquement supérieurs à 40m3/h). La section de passage, fixée par la largeur de l'espace annulaire, est maximisée de manière à limiter les chutes de pression d'air : l'objectif est que la turbine 1 soit entrainée en rotation par la force d'appui de l'air sur les premières pales 20, mais en ajustant le pouvoir de barrage de ces dernières pour limiter sa vitesse de rotation à hauts débits d'air. Le pouvoir de barrage est défini par le recouvrement des premières pales 20 dans le plan frontal (x,y) et par l'inclinaison desdites pales (20). Le recouvrement de la surface frontale de l'espace annulaire de la série centrale 2 par les premières pales 20 peut être ajusté entre une valeur maximale de 100% et une valeur faible correspondant à une seule première pale 20 dans la série centrale 2 ; des recouvrements intermédiaires sont préférables, basés sur un nombre de premières pales 20 allant typiquement de 3 à 12. Enfin, l'inclinaison des premières pales 20 va également avoir une influence sur la vitesse de rotation de la turbine 1, pour un débit d'air donné : plus l'angle b entre une première pale 20 et l'axe principal A (axe z), typiquement strictement compris entre 90° et 180°, va être important, plus la rotation de la turbine 1 va être lente (figure 1 (b)).
A titre d'exemple, pour une turbine 1 de diamètre D de 120 mm (typiquement adaptée à une bouche d'aération de diamètre 125 mm), la série centrale 2 comprend douze premières pales 20, leur inclinaison par rapport à l'axe principal A (parallèle à l'axe z) est de 145° et la largeur I2 de l'espace annulaire est choisie entre 10mm et 20mm, soit en particulier 15mm dans l'exemple de la figure 1. De manière générale, on cherche à maximiser cette largeur I2, tout en tenant compte des autres contraintes dimensionnelles de la turbine 1, qui vont être abordées par la suite. La turbine 1 selon l'invention comprend en outre une série externe 3 de deuxièmes pales 30, qui occupe également un espace de forme annulaire dans le plan frontal (x,y) et centré sur l'axe principal A. La série centrale 2 et la série externe 3 sont concentriques et occupent des espaces annulaires distincts (figure 1). Le flux d'air F est destiné à traverser l'espace annulaire de la série externe 3 de deuxièmes pales 30.
Les caractéristiques de cette série externe 3 de deuxièmes pales 30 sont définies pour fonctionner à bas débits d'air : en particulier, elles permettent à la turbine 1 d'avoir une vitesse de rotation suffisante pour autoriser une récupération d'énergie à partir de 5m3/h de débit d'air ; elles permettent également de démarrer la rotation de la turbine à partir d'un débit d'air de l'ordre de 10-15m3/h.
Pour cela, les deuxièmes pales 30 sont incurvées et présentent une forme particulière (figure 2 (a)). Chaque deuxième pale 30 comporte une portion d'entrée 31 parallèle à la direction du flux d'air F : on entend ici que la portion d'entrée 31 est sensiblement parallèle à la direction du flux d'air F ; elle pourra typiquement former un angle de plus ou moins 20° avec ladite direction, cet angle étant préférentiellement au plus proche de 0°.
La portion d'entrée 31 est destinée à guider le flux d'air F qui entrera dans la turbine 1.
Chaque deuxième pale 30 comporte également une portion de sortie 33 formant un angle a supérieur à 90° avec l'axe principal A, et dont le rôle est de faire barrage au flux d'air F : la force d'appui de l'air sur cette portion de sortie 33 permet la mise en rotation de la turbine 1, et ce pour de très faibles débits d'air. Avantageusement, l'angle a entre la portion de sortie 33 de chaque deuxième pale 30 et l'axe principal A est inférieur ou égal à 140°.
Enfin, chaque deuxième pale 30 comprend une portion intermédiaire 32 pour relier les portions d'entrée 31 et de sortie 33. On préférera que cette portion intermédiaire 32 soit courbée, avantageusement avec une courbure douce pour éviter d'engendrer des turbulences dans l'écoulement du flux d'air F.
Selon un mode de réalisation préféré, chaque deuxième pale 30 présente une forme générale en L (figure 2 (a)). Dans ce cas, la portion d'entrée 31 est parallèle à l'axe principal A et présente une face frontale 31a qui s'étend radialement par rapport audit axe principal A. La direction du flux d'air F est parallèle à l'axe principal A. Pour chaque deuxième pale 30, la portion d'entrée 31 forme donc un angle a supérieur à 90° avec la portion de sortie 33, et avantageusement inférieur à 140° ; dans l'exemple de turbine 1 illustré sur la figure 2, l'angle a est de 110°.
Selon un mode de réalisation alternatif, chaque deuxième pale 30 présente une forme générale en U (figure 3). Dans ce cas, la direction du flux d'air F est sécante à l'axe principal A. La déviation du flux d'air F est opéré par un déflecteur 7 disposé juste avant la turbine 1 et destiné à rester fixe, alors que la turbine 1 sera en rotation dans la bouche d'aération. Ainsi, le flux d'air initial I arrive sensiblement parallèlement à l'axe principal A, mais en passant à travers des éléments 71 en L du déflecteur 7, il est dévié pour former le flux d'air F entrant dans la turbine 1. L'angle a' entre la portion d'entrée 31 et la portion de sortie 33 de chaque deuxième pale 30 peut être compris entre 20° et 110°. Cet angle plus fermé que dans le mode de réalisation précédent, permet d'augmenter le couple d'entrainement de la turbine généré par le flux d'air F et favorise donc la vitesse de rotation ou le démarrage de la turbine à très faible débit d'air.
Quel que soit le mode de réalisation, la forme particulière des deuxièmes pales 30 leur confère une grande efficacité pour capter le flux d'air F et le mettre à profit pour induire la rotation de la turbine 1, même pour de faibles débits d'air, et en particulier quand la turbine 1 est à l'arrêt.
La localisation de la série externe 3 dans un espace annulaire périphérique de la turbine 1 garantit une grande section de passage, ce qui tend à diminuer la vitesse de l'air, et par conséquent la vitesse de rotation de la turbine 1. La largeur I3 de l'espace annulaire de la série externe 3 est préférentiellement comprise entre 1mm et 10mm. Plus la largeur I3 est petite, plus le couple d'entrainement sera grand et la vitesse de rotation de la turbine 1 élevée. A titre d'exemple, pour privilégier un démarrage de la turbine 1 à partir d'un débit d'air de l'ordre de 15 m3/h, on choisira une largeur I3 de 6mm ; pour un démarrage à partir d'un débit d'air de l'ordre de 10 m3/h, une largeur I3 de 3mm sera préférée.
Il est également avantageux de disposer les deuxièmes pales 30 les unes à côté des autres, de manière à définir un recouvrement compris entre 70% et 100%, voire entre 95% et 100% de la surface frontale de l'espace annulaire de la série externe 3. Pour un recouvrement de 100%, en vue de face (figure 1 (a)), il n'y a aucun espace vide entre les deuxièmes pales 30 que le flux d'air F peut emprunter : l'air est toujours guidé par les pales 30 ou confronté à celles-ci. Un recouvrement élevé augmente l'efficacité de captage du flux d'air F par la turbine 1 et donc sa capacité à fonctionner à bas débits d'air.
Par ailleurs, la turbine 1 peut avantageusement comprendre une zone annulaire 5, dont la face frontale est fermée, entre la série externe 3 et la série centrale 2 (figure 1). Au moins une paroi cylindrique 51 concentrique est présente sur une face arrière de cette zone annulaire 5 (figure 2 (b)). Comme cela sera rappelé lors de la description de la bouche d'aération 100, la (ou les) paroi(s) 51 est(sont) configurée (s) pour former un système de labyrinthe L avec au moins une paroi complémentaire 115 portée par la bouche 100, de manière à limiter le passage de l'air entre les séries externe 3 et centrale 2 de pales 30,20, et ce, sans frottement (figure 5).
Enfin, le contour périphérique de la turbine 1 peut être délimité par le bord des deuxièmes pales 30 de la série externe 3, comme cela est illustré sur la figure 2 (a).
Alternativement, la turbine 1 peut comprendre une paroi périphérique 4 entourant la série externe 3 de deuxièmes pales 30 et formant un contour périphérique continu (figure 1). Cette configuration est avantageuse en ce qu'elle permet un meilleur guidage du flux d'air F dans la série externe 3 de deuxièmes pales 30. Elle tend donc à améliorer l'efficacité de la série externe 3 pour le démarrage et le fonctionnement à bas débits d'air.
La turbine 1 est avantageusement formée en un matériau plastique, choisi parmi les plastiques d'injection standards tels que 1'acrylonitrile butadiène styrène (abs), le polycarbonate (PC), le polypropylène (PP).
La turbine 1 selon l'invention, avec ses deux séries 2,3 de pales 20,30, favorise le couple aérodynamique à bas débit et notamment à l'arrêt de la turbine (effet de la série externe 3), tout en limitant la vitesse de rotation de la turbine 1 lors de son fonctionnement à moyens ou hauts débits d'air (effet de la série centrale 2).
Comme cela est visible sur la figure 4, la vitesse de rotation d'une turbine 1 telle qu'illustrée sur la figure 2 peut varier entre 150 tr/min et 1100 tr/min pour des débits d'air allant d'environ 10 m3/h à 30 m3/h, grâce à la série externe 3 de deuxièmes pales 30 ; avec la série centrale 2 de premières pales 20, la vitesse de rotation peut varier entre 500 tr/min et 2200 tr/min pour des débits d'air allant d'environ 30 m3/h à 110 m3/h. Pour limiter la vitesse de rotation de la turbine 1 dans les hauts débits d'air, il est possible, comme évoqué précédemment de modifier des paramètres de la série centrale 2 de premières pales 20 (inclinaison des pales 20, recouvrement et nombre de pales 20...).
L'invention concerne également une bouche d'aération 100 autonome en énergie électrique, qui comprend la turbine 1 précédemment décrite (figure 5). La bouche d'aération 100 est destinée à être fixée dans un conduit d'aération qui fait, en général, partie d'un ensemble de conduits formant le réseau de ventilation d'un bâtiment.
La turbine 1 forme le rotor et la bouche d'aération 100 comporte un élément structurel formant un stator 110, en liaison pivot avec le rotor (turbine 1) par l'intermédiaire d'un arbre de rotation 60 parallèle à l'axe principal A (figure 6). Cette liaison est par exemple réalisée au moyen de roulements à billes 61 disposés entre l'arbre de rotation 60 et la turbine 1, afin de limiter au maximum les frottements et les pertes d'énergie associées.
Avantageusement, le stator 110 comporte une enveloppe externe 114, de forme sensiblement cylindrique, entourant la turbine 1 ; celle-ci est positionnée à une première extrémité de l'enveloppe 114, du côté où arrive le flux d'air F. L'enveloppe externe 114 est conformée de manière à rentrer, en tout ou partie, dans un conduit d'aération (non représenté). Des moyens de fixation classiques pourront être utilisés pour fixer l'enveloppe externe 114, et donc la bouche d'aération 100, dans le conduit. Comme cela est bien connu, les conduits d'aération d'un bâtiment peuvent se présenter sous la forme de gaines flexibles ou rigides de section circulaire et de diamètre normalisé de 50mm, 80mm, 125mm ou 300mm. Les dimensions de l'enveloppe externe 114 sont préférentiellement adaptées au diamètre de la gaine. Et il est avantageux d'ajuster le diamètre D de la turbine 1 proportionnellement au diamètre de l'enveloppe externe 114. Pour éviter tout frottement entre le contour périphérique de la turbine 1 et l'enveloppe externe 114, le diamètre D est bien sûr inférieur au diamètre interne de l'enveloppe 114. On prévoit par exemple un jeu fonctionnel de 1mm entre le contour périphérique de la turbine 1 et l'enveloppe 114.
Le stator 110 définit un canal extérieur 113, annulaire, en vis- à-vis de la série externe 3 de deuxièmes pales 30, pour guider le flux d'air F, après sa traversée de la série externe 3, dans le conduit d'aération ou dans la pièce ventilée, selon le type de ventilation. Le stator 110 définit aussi un canal intérieur 112, annulaire, en vis-à-vis de la série centrale 2 de premières pales 20, pour guider le flux d'air F, après sa traversée de la série centrale 2.
Pour éviter les frottements entre la turbine 1 et le stator 110, leur unique liaison est réalisée par l'arbre de rotation 60. Il n'est pas envisagé d'isoler le canal extérieur 113 du canal intérieur 112 par un joint, car cela augmenterait significativement les frottements et par conséquent le débit d'air nécessaire pour faire tourner la turbine 1. Le système de labyrinthe L décrit précédemment et visible sur les figures 5 et 6 peut être ingénieusement mis en œuvre pour réduire significativement le passage d'air d'un canal à l'autre. En effet, comme le système de labyrinthe L augmente la longueur à parcourir par l'air entre les deux canaux, cela génère des pertes régulières (frottements du fluide contre les parois), des pertes singulières (au niveau des coudes) et une dépression (théorème de Bernoulli) : plus la perte totale est grande, plus le débit de fuite passant entre les deux canaux 112,113 est faible.
La bouche d'aération 100 comprend également un générateur 120 produisant de l'électricité à partir de la rotation de la turbine
1.
De manière avantageuse, le stator 110 comprend un logement cylindrique 111, centré autour de l'arbre de rotation 60 et positionné en vis-à-vis de la face arrière de la zone centrale fermée 6 de la turbine 1. Le générateur 120 peut être disposé au moins en partie dans ce logement 111. On comprend alors que le générateur 120 visé doit être compact.
Il existe plusieurs types de générateurs susceptibles d'être utilisés dans la bouche d'aération 100 selon l'invention. On pourra citer à titre d'exemple, et sans que cela soit limitatif, les générateurs d'électricité décrits dans les documents W02017178772, W02017178773, W02018069656, W02019077248, proposés par la demanderesse.
Selon un mode de mise en œuvre préféré, le générateur 120 comprend donc un convertisseur magnéto-électrique 121 et une source de champ magnétique 122, telle qu'un aimant permanent (figure 6). Lorsque le convertisseur 121 et la source 122 se déplacent l'un par rapport à l'autre, une variation de champ magnétique est vue par le convertisseur 121, lequel transforme cette variation en une déformation mécanique susceptible de générer une accumulation de charges. Cette capacité de conversion est liée à la présence d'un empilement de couches en matériau magnétostrictif et en matériau piézoélectrique. Les charges électriques fournies par le convertisseur 121 sont collectées et peuvent être par exemple stockées dans un circuit de stockage ou une batterie. Elles serviront notamment à alimenter un dispositif de commande faisant partie de la bouche d'aération 100. Elles pourront en outre alimenter d'autres types de capteurs de mesure intégrables à la bouche 100.
Pour plus de détails sur la fabrication et le fonctionnement d'un tel générateur 120, on se reportera aux documents précités. Sa mise en œuvre dans la bouche d'aération 100 selon l'invention consiste à faire en sorte que le convertisseur magnéto- électrique 121 et la source de champ magnétique 122 soient mobiles l'un par rapport à l'autre. L'un sera donc solidaire du rotor, à savoir solidaire de la turbine 1 ; l'autre sera solidaire du stator 110. Dans l'exemple de la figure 6, la source 122 est solidaire de la face arrière de la zone centrale 6 de la turbine 1, et le convertisseur 121 est fixé sur le stator 110, au niveau du logement cylindrique 111.
La rotation de la turbine 1 procure ainsi le mouvement relatif entre le convertisseur 121 et la source 122. La turbine 1 est apte à fournir une vitesse de rotation typiquement comprise entre 100 et 2000 tours/minute (comme illustré sur la figure 4), avantageusement comprise entre 150 et 1500 tours/minute ; cela correspond à la plage de fonctionnement du générateur 120 pour une récupération de charges électriques optimale.
La bouche d'aération 100 comprend également un système de régulation 130 du flux d'air F la traversant. Le système 130 comprend un obturateur central 132 réglable, apte à bloquer au moins en partie le flux d'air F traversant la série centrale 2 de premières pales 20 et le canal intérieur 112 du stator 110. Le système de régulation 130 peut également comprendre un obturateur externe 133 réglable, apte à bloquer au moins en partie le flux d'air F traversant la série externe 3 de deuxièmes pales 30 et le canal extérieur 113 du stator 110.
Le (ou les) obturateur(s) 132,133 est(sont) avantageusement porté (s) par le logement cylindrique 111 du stator 110. Comme illustré sur la figure 6, ils peuvent être placés à une deuxième extrémité de l'enveloppe externe 114.
Un obturateur 132,133 peut se présenter sous différentes formes, par exemple sous forme d'iris ou sous forme d'éventail. Dans ce dernier cas, des lames s'étendent radialement et sont capables de se déployer en éventail pour fermer plus ou moins le canal intérieur 112 et/ou le canal extérieur 113, et ainsi réguler le flux d'air F traversant la bouche d'aération 100. Sur la figure 7 (a), les pales apparaissent partiellement déployées alors qu'elles sont totalement rétractées sur la figure 7 (b).
Le système de régulation 130 comprend en outre un dispositif de commande, alimenté par le générateur 120 et configuré pour piloter le (ou les) obturateur(s) 132,133.
Le dispositif de commande peut être, au moins en partie, disposé dans le logement cylindrique 111. Il comprend au moins un moteur 134, préférentiellement logé dans le logement cylindrique 111, pour actionner le (ou les) obturateur(s) 132,133, de façon synchronisée ou indépendamment l'un de l'autre (figure 6). Il comprend également un circuit électronique (non représenté) pour piloter ledit moteur 134. Ce circuit est avantageusement placé dans le logement cylindrique 111, ce qui facilite les connexions électriques entre le générateur 120 et le dispositif de commande (incluant notamment le circuit électronique et le moteur 134). Alternativement, le circuit électronique peut être placé à l'extérieur de la bouche d'aération 100 et raccordé électriquement au générateur 120 et au moteur 134 par des fils passant à l'extérieur de l'enveloppe externe 114 du stator 110. Le dispositif de commande peut également comprendre un module de communication sans fil pour communiquer des données mesurées au niveau de la bouche d'aération 100 ou recevoir des informations ou instructions de l'extérieur. Dans la bouche d'aération 100 selon l'invention, la vitesse de rotation de la turbine 1 peut être mesurée grâce aux impulsions d'énergie fournies par le générateur 120, la fréquence de ces impulsions étant représentative de la rotation de la turbine 1. On peut tirer de cette information, recoupée avec la position du (ou des) obturateur(s) 132,133, le débit d'air passant à travers la turbine 1, et donc dans la bouche d'aération 100. D'autres données peuvent être mesurées grâce à des capteurs intégrés dans la bouche 100, par exemple des capteurs de CO2, d'humidité, de présence, etc.
En fonction des données mesurées au niveau de la bouche d'aération 100, un certain débit d'air peut être souhaité : le système de régulation 130 peut aider à obtenir ce débit en obturant plus ou moins la bouche d'aération 100, lorsque celle- ci est raccordée à un système de ventilation. Prenons l'exemple d'un système de ventilation qui fournit une pression constante nominale : l'obturation de la bouche 100 par le système de régulation 130 va modifier le niveau de pression. Le ventilateur va donc ralentir pour revenir au niveau de pression nominale, ce qui va réduire le débit d'air.
Le (ou les) obturateur(s) 132,133 permet(tent) en outre de privilégier le passage du flux d'air à travers l'une ou l'autre des séries 2,3 de pales 20,30 de la turbine 1, pour rendre la bouche d'aération 100 compatible avec une large gamme de débits d'air.
Pour des débits d'air très faibles (inférieurs à 5 m3/h) ou nuis (cas par exemple d'une intervention de maintenance sur le réseau de ventilation) pour lesquels la turbine 1 est à l'arrêt, l'obturateur central 132 ferme totalement le canal intérieur 112, de sorte que le flux d'air F sera contraint de ne circuler qu'à travers la série externe 3 de deuxièmes pales 20 ; l'obturateur externe 133, s'il est présent, est totalement rétracté de manière à laisser le canal extérieur 113 ouvert. La bouche d'aération 100 est alors dans la configuration la plus favorable à un redémarrage de la turbine 1, à faible débit d'air, typiquement autour de 10-15m3/h.
Lorsque la turbine 1 est en rotation, et que le débit d'air est compris entre 5m3/h et 20m3/h, il est préférable de laisser complètement ouvert le canal extérieur 113 et d'obturer, totalement ou partiellement le canal intérieur 112, de manière à obtenir une vitesse de rotation de la turbine 1 suffisamment élevée pour favoriser la récupération d'énergie, typiquement une vitesse supérieure à 150 tours/min.
Lorsque le débit d'air traversant la bouche d'aération 100 est supérieur à 20-30m3/h, l'obturateur central 132 est rétracté de manière à laisser passer le flux d'air F à travers la série centrale 2 de premières pales 20 adaptée aux hauts débits. On parvient ainsi à contrôler la vitesse de rotation de la turbine 1 dans une plage favorable à la récupération d'énergie (typiquement entre 500 tours/min et 2000 tours/min, voire préférentiellement entre 500 et 1500 tours/min) mais qui demeure en deçà des vitesses de rotation induisant une nuisance sonore et/ou une usure excessive des pièces da la bouche d'aération 100.
Sur la base des données mesurées de vitesse de rotation de la turbine 1, le dispositif de commande peut ainsi piloter le (ou les) obturateur(s) 132,133 pour réguler le flux d'air F incident traversant la turbine 1 et ainsi ajuster la configuration de la bouche d'aération 100 aux différents débits d'air.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et exemples décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Turbine (1) pour une bouche d'aération (100), de forme générale cylindrique, présentant un axe principal de rotation (A), et comprenant une série centrale (2) de premières pales (20), la turbine (1) étant destinée à être traversée par un flux d'air (F) et étant caractérisée en ce qu'elle comprend une série externe (3) de deuxièmes pales (30), les deux séries (2,3) occupant des espaces annulaires distincts, concentriques et centrés sur l'axe principal (A), et les deux séries (2,3) étant traversées par le flux d'air (F), et en ce que les deuxièmes pales (30) sont incurvées et comportent :
- une portion d'entrée (31) parallèle à une direction du flux d'air (F) entrant dans la turbine (1), pour guider ledit flux d'air (F),
- une portion de sortie (33) formant un angle supérieur à 90° avec l'axe principal (A), pour faire barrage au flux d'air (F), et
- une portion intermédiaire (32) pour relier les portions d'entrée (31) et de sortie (33).
2. Turbine (1) selon la revendication précédente, dans laquelle l'angle entre la portion de sortie (33) et l'axe principal (A) est inférieur ou égal à 140°.
3. Turbine (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la portion intermédiaire (32) est courbée.
4. Turbine (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle :
- chaque deuxième pale (30) présente une forme générale en
L,
- la portion d'entrée (31) comprend une face frontale (31a) s'étendant radialement par rapport audit axe principal (A),
- la direction du flux d'air (F) est parallèle à l'axe principal (A).
5. Turbine (1) selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle :
- chaque deuxième pale (30) présente une forme générale en
U, la direction du flux d'air (F) est sécante à l'axe principal (A), ledit flux d'air ayant été dévié par un déflecteur (7) avant d'entrer dans la turbine (1).
6. Turbine (1) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les deuxièmes pales (30) sont disposées les unes à côté des autres, de manière à définir un recouvrement compris entre 70% et 100% d'une surface frontale de l'espace annulaire de la série externe (3), ladite surface frontale étant normale à l'axe principal (A).
7. Turbine (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant une paroi périphérique (4) entourant la série externe (3) de deuxièmes pales (30).
8.Bouche d'aération (100) autonome comprenant : la turbine (1) selon l'une des revendications précédentes, formant un rotor,
- un stator (110) en liaison pivot avec la turbine (1) par l'intermédiaire d'un arbre de rotation (60) parallèle à l'axe principal (A),
- un générateur (120) produisant de l'électricité à partir de la rotation de la turbine (1), un système de régulation (130) du flux d'air (F) traversant la bouche d'aération (100), comportant :
* un obturateur central (132) réglable, apte à bloquer au moins en partie le flux d'air (F) traversant la série centrale (2) de premières pales (20), et
* un dispositif de commande alimenté par le générateur (120) et configuré pour piloter l'obturateur central (132).
9.Bouche d'aération (100) selon la revendication précédente, dans laquelle le système de régulation (130) comporte un obturateur externe (133) réglable, apte à bloquer au moins en partie le flux d'air (F) traversant la série externe (3) de deuxièmes pales (30) et piloté par le dispositif de commande .
10. Bouche d'aération (100) selon l'une des deux revendications précédentes, dans laquelle le stator (110) comprend un logement cylindrique (111) centré autour de l'arbre de rotation (60), à l'intérieur duquel le générateur (120) est disposé.
11. Bouche d'aération (100) selon la revendication précédente, dans laquelle le dispositif de commande est disposé dans le logement cylindrique (111).
12. Bouche d'aération (100) selon l'une des deux revendications précédentes, dans laquelle le (ou les) obturateur (s) (132,133) est(sont) porté(s) par le logement cylindrique et comporte(nt) des lames s'étendant radialement et aptes à se déployer en éventail pour réguler le flux d'air (F) traversant la bouche d'aération (100).
13. Bouche d'aération (100) selon l'une des cinq revendications précédentes, dans lequel le stator (110) comporte une enveloppe externe (114) entourant la turbine (1) et destinée à être fixée dans un conduit d'aération.
14. Bouche d'aération (100) selon l'une des six revendications précédentes, dans laquelle la turbine (1) comprend une zone annulaire (5) fermée entre la série externe (3) et la série centrale (2), une face arrière de cette zone annulaire (5) comportant au moins une paroi cylindrique (51) concentrique configurée pour former un système de labyrinthe avec au moins une paroi complémentaire (115) portée par le stator (110), de manière à limiter le passage de l'air entre les séries externe (3) et centrale (2) de pales (30,20), sans frottement.
15. Bouche d'aération (100) selon l'une des sept revendications précédentes, dans laquelle le générateur comprend un convertisseur magnéto-électrique (121) et une source de champ magnétique (122).
16. Bouche d'aération (100) selon l'une des huit revendications précédentes, dans laquelle le dispositif de commande comprend au moins un moteur (134) pour actionner le (ou les) obturateur(s) (132,133), de façon synchronisée ou indépendamment l'un de l'autre.
PCT/FR2022/050439 2021-03-16 2022-03-10 Turbine pour bouche d'aeration et bouche d'aeration autonome en energie compatible avec une large gamme de debits d'air Ceased WO2022195203A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FRFR2102582 2021-03-16
FR2102582A FR3120934A1 (fr) 2021-03-16 2021-03-16 Turbine pour bouche d’aeration et bouche d’aeration autonome en energie compatible avec une large gamme de debits d’air

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022195203A1 true WO2022195203A1 (fr) 2022-09-22

Family

ID=75690522

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2022/050439 Ceased WO2022195203A1 (fr) 2021-03-16 2022-03-10 Turbine pour bouche d'aeration et bouche d'aeration autonome en energie compatible avec une large gamme de debits d'air

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3120934A1 (fr)
WO (1) WO2022195203A1 (fr)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990010829A1 (fr) * 1989-03-16 1990-09-20 Atelier Des Ingenieurs Associes, Departement Thermique (A.I.A.T.) Aerotherme d'axe vertical du type assurant une distribution d'air en effet cyclone
WO2006089425A1 (fr) * 2005-02-28 2006-08-31 Nica Noria Aerogenerateur avec couche limite
US20100143096A1 (en) * 2008-08-21 2010-06-10 Carosi Claudio D Wind manipulator and turbine
WO2013131688A1 (fr) * 2012-03-06 2013-09-12 Georges Parrino Dispositif de conversion de l'energie cinetique d'un fluide en energie mecanique, a regulation de la puissance captee
WO2015034273A1 (fr) * 2013-09-04 2015-03-12 Kim Ji Ha Dispositif local d'échappement pourvu d'un dispositif de turbulence et d'un élément guide
WO2017178773A1 (fr) 2016-04-15 2017-10-19 Enerbee Generateur d'electricite comprenant un convertisseur magneto-electrique et procede de fabrication
WO2017178772A1 (fr) 2016-04-15 2017-10-19 Enerbee Generateur d'electricite comprenant un convertisseur magneto-electrique et procede de fabrication associe
WO2018069656A1 (fr) 2016-10-12 2018-04-19 Enerbee Dispositif autonome de mesure des caractéristiques d'un fluide circulant dans un conduit et système de commande de la ventilation, de la climatisation et/ou du chauffage utilisant un tel dispositif
WO2019077248A1 (fr) 2017-10-18 2019-04-25 Enerbee Recuperateur d'energie comprenant un convertisseur a base de materiau piezoelectrique
US10790726B2 (en) * 2016-09-21 2020-09-29 Institut Vedecom Electrical machine cooled by a dual-flow impeller

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990010829A1 (fr) * 1989-03-16 1990-09-20 Atelier Des Ingenieurs Associes, Departement Thermique (A.I.A.T.) Aerotherme d'axe vertical du type assurant une distribution d'air en effet cyclone
WO2006089425A1 (fr) * 2005-02-28 2006-08-31 Nica Noria Aerogenerateur avec couche limite
US20100143096A1 (en) * 2008-08-21 2010-06-10 Carosi Claudio D Wind manipulator and turbine
WO2013131688A1 (fr) * 2012-03-06 2013-09-12 Georges Parrino Dispositif de conversion de l'energie cinetique d'un fluide en energie mecanique, a regulation de la puissance captee
WO2015034273A1 (fr) * 2013-09-04 2015-03-12 Kim Ji Ha Dispositif local d'échappement pourvu d'un dispositif de turbulence et d'un élément guide
WO2017178773A1 (fr) 2016-04-15 2017-10-19 Enerbee Generateur d'electricite comprenant un convertisseur magneto-electrique et procede de fabrication
WO2017178772A1 (fr) 2016-04-15 2017-10-19 Enerbee Generateur d'electricite comprenant un convertisseur magneto-electrique et procede de fabrication associe
US10790726B2 (en) * 2016-09-21 2020-09-29 Institut Vedecom Electrical machine cooled by a dual-flow impeller
WO2018069656A1 (fr) 2016-10-12 2018-04-19 Enerbee Dispositif autonome de mesure des caractéristiques d'un fluide circulant dans un conduit et système de commande de la ventilation, de la climatisation et/ou du chauffage utilisant un tel dispositif
WO2019077248A1 (fr) 2017-10-18 2019-04-25 Enerbee Recuperateur d'energie comprenant un convertisseur a base de materiau piezoelectrique

Also Published As

Publication number Publication date
FR3120934A1 (fr) 2022-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2009087288A2 (fr) Aérogénérateur à deux hélices successives
EP1961956A1 (fr) Eolienne d'axe vertical
EP3526553B1 (fr) Dispositif autonome de mesure des caractéristiques d'un fluide circulant dans un conduit et système de commande de la ventilation, de la climatisation et/ou du chauffage utilisant un tel dispositif
WO2008129190A1 (fr) Dispositif et procede de recuperation d'energie pour moteur a combustion interne de vehicule automobile
FR2976980A1 (fr) Boite de vitesse a vent
FR2951248A1 (fr) Caisson d'extraction d'air et procede de controle du caisson
WO2022195203A1 (fr) Turbine pour bouche d'aeration et bouche d'aeration autonome en energie compatible avec une large gamme de debits d'air
FR2943586A1 (fr) Dispositif de recuperation d'energie au freinage par generatrice eolienne
EP1389288B1 (fr) Ventilateur d'evacuation d'air
FR3105367A1 (fr) Module de dispositif de ventilation pour module de refroidissement de véhicule automobile, dispositif de ventilation comportant un tel module et module de refroidissement pour véhicule automobile comprenant un tel dispositif de ventilation
EP3246576B1 (fr) Extracteur de gaz comprenant une éolienne, un ventilateur, un moteur et un dispositif d'accouplement
WO2013131688A1 (fr) Dispositif de conversion de l'energie cinetique d'un fluide en energie mecanique, a regulation de la puissance captee
FR2950937A1 (fr) Eolienne a deflecteur interne
EP3925481B1 (fr) Sèche-cheveux comprenant des boitiers externe et interne séparés par des dispositifs annulaires d'isolation
BE1026869A1 (fr) Turbine aerolique a flux traversant
FR2938668A1 (fr) Vanne thermostatique a turbine
FR3124543A1 (fr) Turbomachine d’aeronef equipee d’une machine electrique
FR2918721A1 (fr) Appareil de controle de debit de fluide gazeux.
EP3937354B1 (fr) Moteur électrique pour véhicule et véhicule, notamment ferroviaire, associé
FR2854930A1 (fr) Eolienne a capteur d'air en fuseau, couple a une roue motrice, une turbine ou autre dispositif sur lesquels on fait agir la vitesse de l'air
EP4498575A1 (fr) Moteur électrique à ventilation intégrée, notamment pour un véhicule ferroviaire
FR2901580A1 (fr) Rotor prefectionne et eolienne
FR2955625A1 (fr) Eolienne a venturi multiple
FR3148061A1 (fr) Tunnel générateur à flux d’air
WO2022058336A1 (fr) Dispositif de generation de courant electrique dans un circuit d'ecoulement de fluide

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: 22712982

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: CONSTATATION DE LA PERTE D'UN DROIT CONFORMEMENT A LA REGLE 112(1) CBE (OEB FORM 1205A EN DATE DU 15.12.2024)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22712982

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1