Brevet FR2278944A1 — publié le 19760213

La présente invention concerne une installation de réception et de distribution permettant de régulariser automatiquement l'intensité des vents pour en mieux capter l'énergie. Elle s'applique à tous les vents dominants ou réguliers soufflant alternativement en sens contraire - plus précisément dans les zones littorales où, à de rares exceptions près, on dispose chaque jour, le long des eStes, de deux courants s vers la terre pendant le jour, vers la mer pendant la nuit... indépendamment des vents irréguliers plus forts. Les uns comme les autres sont séparés en veines fluides identiques dirigées sur les mimes groupes de turbines à grand rendement. L'idée de capter 11 énergie éolienne remonte à la plus haute anti quité. Mais jusqu' présent, on s'est contenté de présenter des récepteurs (moulins, éoliennes, séromoteurs...) au vent à l'état sauvage, libre et diffus sans songer auparavant k le maîtriser. Or, le vent est irrégulier, désordonné, éminemment variable en puissance et en directi Trop faible ou trop violent il est inutilisable avec les appareils traditionnels, même les plus récents donc les plus periectionnés.Sans songer à changer le principe de ces récep tourds, on s'est contenté seulement d' apporter des aménagements de détails et d'en construire de plus en plus grands (des hélices par exemple d'un diamètre de 20 x, 30 m, et plus...) Le gigantisme n'a pas mieux réussi que les constructions artisanales. Ce qu'il fallait changer fondamentalement c'était le principe mSme du mode d'utilisation et passer de l'empirique au rationnel. La présente invention consiste donc, d'une part, à capter largement, canaliser et concentrer les brises légères; d'autre part, à compartimenter - automatiquement - les vents forts en veines utilisables séparément. (On sait que la pression du vent - et surtout sa puissance - croissent très rapidement avec la vitesse). Dans chaque unité de production, les courants aériens obtenus - mime avec des vents de sens contraire - actionnent les mOrnes turbines accouplées à des générateurs (alternateur ou dynamo) pour la production de courant continu. (Ces génératrices peuvent être commodément couples puisqutelles sont identiques et tournent à la même vitesse). Ce courant électrique permet, en particulier, l'électrolyse de l'eau qui donne de l'oxygène et surtout de l'hydrogène, source d'énergie remarquable par sa répartition universelle, son pouvoir calorifique et son absence totale de pollution. Les moyens mis en oeuvre sont adaptés à chaque cas 1. CAS DE LA BRISE ARINE. Elle est reçue par une large ouverture rectangulaire (hauteur All) dans la partie évasée en forme de pavillon d'une construction aux parois de ciment (Fig.l t coupe schéma tique verticale). Elle est ensuite orientée par des plans inclinés vers un tunnel de section moindre où elle~acquiert une vitesse plus grande (relation d'HUGONIOT s la section et la vitesse varient en sens inverse). Le vent entré par ladite ouverture (de base CAD) est conduit en YS (fig. 2 : coupe schématique horizontale) où il se divise en deux courants l'un à droite, l'autre à gauehe. Chacun d'eux se partage à son tour(en R et R') en 2 autres veines qui, s'échappant par des ouvertures cylindriques, actionnent 2 turbines de chaque côté. Les dimensions respectives à donner à chacune de ces parties dépendent des dimensions des turbines adoptées et de leur vitesse de rotation prévue pour un vent d'une intensité donnée c'est-à-dire de leur "vitesse spécifique (rapport de la vitesse périphérique du rotor à la vitesse du vent). EIMPLE DE CALCUL DE CES DIMENSIONS. Admettons - pour fixer les idées - que nous voulions transformer une brise marine de 4 m/s en un courant orienté de 27,8 m/s (100 km/h) - et, par ce courant actionner de chaque côté 2 turbines tournant dans 2 cylindres de 1 m de rayon. Admettons d'autre part que les essais sur maquette permettent de compter sur un rendement réel de 80 5 (20 f; de perte d'énergie initiale du vent dus aux frottements, remous, compression...) Dans ce cas, la brise initiale de 4 m/s conservera une énergie effet tive correspondant à une vitesse de 4 x 0,80 = 3,20 m/s. Des calculs élémentaires déterminent dans cette hypothèse les dimensions à donner à la section d'entrée de l'air (soit S m2) dans le pavillon t Les 4 cylindres (2 de chaque côté) ayant un mètre de rayon, l'ai re totale des sections de sortie de l'air sera (3,14 x 1 x 1) x 4 = 12,56 m2 Les vitesses étant inversement proportionnelles aux sections, on a :: 3,20 x 3 = 27,8 z 12,56 S = 109,11 m2 On délimite ce pavillon par des plans inclinés qui, pour la com- modité, seront identiques verticalement (EG, GK... fig. 1) et horizontalement (lignes brisées CM et DN... fig. 2) La hauteur du canal conduisant aui turbines (fig. 1), d'après le diamètre des turbines adoptées, aura ici 2 m.Appelons x la différence entre cette hauteur et ÂH AH A 2 + x de mime puisqu'il y a symétrie : CD - x + MN + x = 8 1 2x S - (8 + 2x) (2 + =) = 109,11 x = 4,45 Dimensions de la section rectangulaire du pavillon i AH = 2 + 4,45 = 6,45 n (fig. 1) CD ^ 4,45 + 8 + 4,45 ~ 16,90 m (fig. 2) Dans les conditions ainsi définies, -le champ d'action des turbines doit leur permettre de fonctionner encore utilement lorsque la brise extérieure atteint ou dépasse légèrement 5 m/s. Mais si la vitesse de la veine aérienne qui arrive aux turbines est trop grande des vantaux basculants lestés progressivement (fig. 4) s'ouvrent sous la pression successivement (fig. 2) n p p' p"... et q q' q"... pour régulariser la pression dans chaque tunnel. 2. CAS DE LA BRISE DE TERR. L'entrée du vent se fait par l'ou- verture opposée (hauteur A'H' fig. 1 - longueur horizontale C'D' fig. 2). Les dimensions et les trajets sont identiques aux précédents i les 2 parties de l'installation sont symétriques verticalement (fig. 1) par rapport à aa' - et horizontalement (fig. 2) par rapport à bb'. Les courants aériens obtenus en M'N' (fig. 3) arrivant à leur droite en PI, à leur gauche en F'I' ouvrent sous leur pression des volets qui pivotent sur leur axe vertical, se placent parallèlement à la direction du vent et le laissent passer. Par contre, les panneaux identiques placés sur les lignes JP et F'J' (fig. 3) sous l'effet du meme courant, pivotent également sur leur axe jusqu'aux arrêtoirs fermant ainsi le passage en JF et PtJ, et orientant le flux vers les mimes turbines que précédemment. Deux volets spéciaux, mobiles sur un axe vertical l'un en F, l'autre en F' se déplacent (sur glissières pour anortir les chocs) d'un côté ou de l'autre, selon la direction du vent. Les autres van taux, identiques entre eux, ont un axe vertical qui les partage dans le sens de la hauteur, en 2 surfaces inégales permettant d'amortir, par le jeu des pressions inégales, l'action trop violente du vent. Pour perfectionner le système que nous venons de décrire, on dou ble l'ensemble IIÂÂ'H' du dispositif (fig. 1) par son symétrique BÂÂ'3' par rapport au plan horizontal AA', fondtionnant dans les mê- mes conditions. Le résultat est multiplié par 2 et il y aura 4 turbines en action simultanément de chaque côté de l'unité de production, soit au total 8 turbines(pour une brise inférieure à 5 m/s, qu'elle vienne de la terre ou de la mer). 3. UTILISATION DES VENTS BOUTS. Le bâtiment ainsi défini (fig.l) sera complété par un étage au-dessus et au-dessous de la partie centrale, de mOme forme et mêmes dimensions que celle-ci. Lorsque le vent extérieur dépasse la vitesse maximum prévue pour le fonctionnement des 8 turbines initiales, es panneaux à bascule lestés à cet usage fig. 6 et 7), placés sur les plans inclinés GK et TV (fig. 1) ainsi que sur les plans G'Kl et T'V' (fig. 5) scou- vrent les uns après les autres au fur et à mesure que l'intensité du vent augmente. Ces nouvelles veines créées (l'une au-deesus, l'autre au-dessous de la partie centrale) sont canalisées et réparties comme précédemment (fig. 2) pour actionner, de chaque côtés 4 nouvelles turbines (2 au-dessus, 2 au-dessous des précédentes). On peut aussi utiliser pour ces 2 étages non seulement les plans GK et VT mais également les plans EG en haut, ST en bas (fig. 1) et symétriquement G'E' et T'S' (fig. 5) - tout en gardant les mêmes dimensions des tunnels du centre menant aux turbines. Ces turbines seront conçues pour fonctionner lorsque la vitesse du vent extérieur varie par exemple de 5 à 10 ou 12 m/s. Par vent fort, il y aura donc 8 turbines en action de chaque c8té, placées sur un même plan vertical (fig. 5) soit 16 turbines au total. 4. VENTS TRES FuIS. Enfin1 lorsque l'amplitude du vent dépasse cette nouvelle limite (tempête), d'autres vantaux à bascule (fig. 4) s'ouvrent successivement sur les plans verticaux E.GTS et GKVT (fig. 1) et - s'ils n'ont pas été déjà utilisés - sur les plans inclinés L'G et ST (fig. l)(ainsi que sur leurs homologues du pavillon opposé E'G' et T'S' (fig. 5) - laissant échapper le surplus de l'énergie utilisable. L'ensemble du bâtiment (coupe horizontale fig. 2 - coupe verticale fig. 5) conçu en éléments préfabriqués (ciment armé et vibré, fibrociment...) sera, pour mieux capter les vents, élevé sur piliers ou pilotis (représentés à droite des fig. 1 et 2) et orienté au mieux des conditions locales. L'intérieur des tunnels courbes conduisant les veines aériennes aux turbines sera arrondi pour que leur section interne soit circulaire. On peut aussi concevoir une installation dont les sections d'ouverture CD et C'D' ne soient pas parallèles ( fi6. 2): il suffit de modifier la courbure des tunnels de la partie centrale pour que ces ouvertures soient orientées vers les 2 directions dominantes des vents (pour recueillir par exemple des vents O-E d'un côté, SE-!TO de l'autre, etc...) POSSIBILITES D'APPLICATION INDUSTRIELLE.Le courant électrique continu fourni par les 8 ou 16 génératrices de chaque unité de production permet, par électrolyse de l1eau, l'obtention d'oxygène et dthydrogène, gaz utilisés - soit, isolément ou simultanément, pour faire fonctionner des centrales électriques - soit, à la manière des r autes gaz industriels, stockés, comprimés, liquéfiés, pour les usa- ges thermiques, chimiques, etc... Le procédé a l'avantage de pouvoir Entre généralisé (chaque unité de production peut être reproduite en nombre pratiquement illimité) non seulement le long des côtes mais aussi dans toute zone balayée par des vents réguliers; l'avantage aussi d'éviter les longs et cod- teux transports dténergie (gaz ou électricité); et surtout l'avantage de ntapporter aucune pollution (on risque mime d'avoir un excédent d'oxygène lorsque lthydrogène servira aux opérations chimiques dthydrogénation : charbon, huiles, matières organiques...) X 3 V X I C A T I O N S 1. Installation fixe orientée dans le sens des vents dominants permettant leur concentration et leur régulation automatiques, caractérise par le fait qu'elle comporte une tour rectangulaire en élén2ents réfariués et constituée par plusieurs unités de production superposées, chacune d'elles se composant de deux parties symétriques par rapport å un plan horizontal et, aux extrémités o- posées, de convergents largement ouverts. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les éléments préfabriqués peuvent Outre, au choix du constructeur, soit des plaques de fibrociment sur piliers de béton, soit des tôles inoxydables sur une charpente métallique, soit tout autre matériau économique et résistant. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden tes, caractérisé en ce qutil comporte, de chaque côtés des vantaux pivotants ouvrant et fermant automatiquement le passage vers deux tunnels courbes aboutissant chacun à deux turbines, 4. Dispositif selon 11 une quelconque des revendications précEden tes, caractérisé en ce qutil comporte,sur le plan incliné supérieur, des panneaux lestés s'ouvrant en cas de forte pression sur deux tunnels supplémentaires parallèles aux précédents. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden tes, caractérisé par le fait que l'axe de rotation des panneaux - pi votants ou basculants - partage chacun d'eux en deux surfaces inégales, la plus grande devant déclancher la rotation lorsque la pression devient assez fortetet par le fait que les vantaux à bascule sont lestés de telle sorte qutils ne s'ouvrent les uns après les autres qutà partir de pressions déterminées. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden tes, caractérisé par le fait qu'il comporte une partie inférieure sy métrique à la partie supérieure, qui permet d'en doubler le résultat et qu'ainsi huit veines actives débouchent de chaque côté. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden tes, caractérisé par le fait qu'on lui adjoint in ou plusieurs dispo sitifs semblables et par le fait que chaque turbine est accouplée à un générateur pour la production d'électricité et d'hydrogène.