Brevet FR2289766A1 — publié le 19760528

Wa présente invention se rapporte au secteur de la tech nique de la captation et de l'utilisation de énergie du vent. Jusqu'à présent ces dispositifs étaient surtout réalisés par des moulins , à ailes giratoires ou des roues , quelquefois des turbines dont l'axe de rotation était généralement parallèle à la direction du vent et ia régularisationde la vitesse était assurée principalement par des dispositifs assurant le défile ment progressif des pales par rapport L l'angle d'incidence du vent jusqu'à l'effacement total à partir d'une certaine vitesse du vent Ces moyens de régulation par restriction de la capta tion conduisant à faire des machines d'autant plus grandes et ceci au dépend de leur solidité et de l'esthétique du site Le système selon la présente invention utilise une ou des turbines dont les caractéristiques sont : meilleure effica cité par rapport aux dimensions , plus grande solidité , réglage plus facile et.non rcstrictif de la puissance pla@@ la captation selon les différentes vitesses au vent beaucoup plus large Les surfaces motrices se présente@@ toujours sous le même angle par rapport au vent admettant ainsi toujours sa totalité D'autre part le palliatif à l'intermittence du vent était assuré par l'accumulation des énergies partielles dans un réservoir d'énergie potentielle , le plus souvent une batterie d'accumulateurs électriques , un réservoir d'eau à niveau élevé ou tout autre dispositif mécanique de capacité forcement limitée Dans la présente invention , le réservoir est constitué avec une énorme capacité et une simplicité idéale excluant tous les autres systèmes , par le propre secteur de distribution élec trique de tout le territoire . Ainsi tout l'ensemble des petites énergies collectées dans ensemble des régions ( celles peuventées comne celles qui le sont beaucoup ) s'additionne et forme un appoint important et constantà l'énergie du réseau général.Ceci d'ailleurs sans aucune modification à ses installations actuelles Ce résultat est obtenu par l'utilisation d'un ou ae moteurs asynchrones couplés mécaniquement: la turbine et électriquement au réseau de telle façon que tournant à une vitesse supérieure à celle du synchronisme ils fonctionnent en générateurs et déversent au réseau énergie qu'ils reçoivent de la turbine Le principe qui confere la nouveauté de la présente in vention et les supériorités qui en découlent sur les points ci dessus exposés par rapport aux systèmes actuellement connus est d'utiliser la maison elle-même comme seul support du capteur d'énergie du vent en utilisant sa toiture dans sa totalité , en la transformant en une grande turbine qui se trouve par le fait même proportionnée aux besoins d'énergie de la maison : à gran demaison grands besoins , mais grande toiture , grande captation Pour cela les tuiles sont de forme spéciale à l'inven tion et captant chacune une portion de vent qu'elles canalisent par leur assemblage spéciql en des canaux parallèles jusqu'à la crête de la toiture . 'là se trouve une turbine de relativement petit diamètre mais de langueur égale à celle- de cette crête et dont l'axe lui est para@@è@e .Elle reçoit les impulsions simul tanées des sus-dits canaux devent sur les aubes des multiples rotors , un par canal injecteur , où le vent perd lapsus grande partie de sa force avant de rejoindre l'atmosphère l'arbre unique de la turbine multi-rotors est couplé à celui du ou des moteurs électriques asynchrones par l'intermé diaire d'un bloc changement de vitesse qui adapte la vitesse issue de la turbine à celle du moteur ou des moteurs quidoit êre un peu supérieure à celle du champ tournant provoqué par le par le courant magnétisant des inducteurs laquelle est celle du synchronisme . 'l'angle de déphasage entre ces deux vitesses angulaires est proportionnel à la quantité d'énergie captée par la turbine et déversée entièrement dans le Secteur . Pour éviter le "dé- croche un tachymètre oe préférence électronique insère au moment critique un ou plusieurs moteurs asynchrones supplémen taires jusqu'à absorber tout le surplus de la puissance croissanve du vent et la déverser dans le Secteur .Le bloc changement de vitesse peut être de tous modèles c@@@@@ques actue- île- ment connus , å engrenages , cones inversés et courroies , poulies axtensibles etc Ce changeront de vitesse est actionné par les moyens classiques habituels ou par électro aimants ou servo-moteurs est asservi tor le le meAme tachymétre plus haut cité ou par un ré- gulateur à force centrifuge Ainsi la puissance captée du vent est seulement limitée par la saturation de pression des conduits d'amenée du vent aux aubes de la turbine . ire vent ne pou@ant pas pénétrer davantage anu ces conduits et s'en écartant en raison de la contre pres4 sinon qu'il y rncontre . T.a connexion au réseau de l'énergie électrique se fait par un interrupteur qui branche ou débranche le collecteur de vent sur l'installation de l'abonné , celle-ci pouvant aussi être branchée ou débranchée du secteur.lorsque -les deux installations sont en parallèle , trois cas peuvent se présenter : 10) la turbine ne fournit rien : en ce cas le comp teur électrioue du réseau marque la consommation totale de l'abonné ;2 ) la turbine fournit une énergie inférieure à celle consoiiree or l'abonné : le compteur est freiné et ne raraue cue la seule quantité d'énergie fournie par le réseau ; 30) la turbine fournit une énergie supérieure à celle de la consommation de l'abonné : le compteur tourne à l'envers et ainsi décompte automatic,uement l'énergie qulil reçoit de celle qu'il a déjà fournie . Il n'y a donc aucune complication pour la comptabilité et la facturation par le réseau qui dessert l'abonne . Dans un exemple de réalisation donné à titre d'exemple seulement et en référence aux dessins annexés , les figures I et 2 , planche I , montrent la disposition générale du système La turbine I située en haut de la toiture 2 a la forme d'un cylindre fixé parallèlement à elle . Elle renferme , fixé@s sur l'arbre commun 3 > ,des rotors de# turbines tels que 4 qui se trouvent en face du débouché de chaque canal de tuiles lesquels sont coiffés d'ajutages ou injecteurs tels que 5 à débit régla## ble ou non de façon que l'ensemble vent , ajutage , turbine fonctionne dans le genre des turbines Pelton . Il y a une rangée de ces ajutages qui projette sur les roues le vent d'un ver sant de la toiture et une autrerangée qui promette me vent de l'autre versant ainsi suivant Ia direction du vent , c'est un c8té ou l'autre de la toiture qui est utilisé La couverture de la toiture est réalisée en tuiles de la forme spéciale désignée Fig 4 qui , beaucoup plus cônique que la forme habituelle , ménage une entrée d'air 7 entre elle et celles elle est engagée dags le sens ascendant , elles sont munies d'une protubérance 8 qui fait déflecteur pour capter le plus possible le vent malgré qu'il ait une direction non paral- lèle à l'axe longitudinal des tuilas Une autre forme de réalisation pourrait utiliser les panneaux ondulés classiques qui , dans un but-d'esthétique,ser aient à côtes plus larges et plus épaisses qu'actuellement. Elles seraient alors associées commue sur la figure 5 Ges tuiles ou panneaux ondulés peuvent être réalisés en tous matériaux classiques ou légers ou même métalliques re vêtus d'un enrobage de couleur choisie et de préférence mat et insonore d'une épaisseur plus ou moins grande L'ensemble est séparé de la charpente par un voligeage recouvrant ou recouvert par une couche de matériau isolant thermique et insonore Le couple moteur recueilli sur l'arbre 3 figure 3 est transmis au moteur électrique asynchrone 9 par la transmission 10 et le changement de vitesse 11 qui l'adapte par paliers suc cessifs et en tant que d e besoin à la vitesse requise pour le fonctionnement du moteur en générateur de courant , c'est à dire dans la plage de vitesse comprise entre celle du champ tournant et celle du "décrochage" en avant Un tachymètre peut assurer la sécurisation du maintien dans cette plage . C'est d'ailleurs le m8me qui actionne le changement devitesses Il reçoit d'un comparateur de phases le courant différentiel et amplifié résultant de la comparaison de la phase de l'inducteur , donc du réseau , avec celle de l' induit ( force contre-électromotrice créé@à à partir du vent ) Lorsque le seuil , préréglé selon la puissance dont est capable le moteur sans décrochage,est atteint le tachymètre branche en parallèle un second moteur sur le 1er , puis un troisième s'il y a lieu etc .... selon la puissance qu'on aura décidé d'installer , par adjonction de moteurs supplémen taires ou bien par un seul moteur adjoint mais capable de délivrer la dite puissance. Aihsi toute la puissance recueillie sur les aubes des rotors de la turbine est déversée dans le secteur . Chaaue extrémité du corps tubulaire 1 de la turbihe est munie d'unè roue simple ou à plusieurs étages 12 et 13 enfilées sur l'axe général 3 et dont la fonction principale est d'amortir le reliquat de pression r d'air qui reste dans et tout le long du corps cylindre 1 de la turbine rarce oue ne s'étant pas complètement détendue sur les aubes des rotors 4 Cet amortissement final de la pression en un# ouplu sieurs étages de décompression avant la sortie à l'air libre a un effet d'amortissement du bruit .Surtout si la position de ces roues finales par rapport eux noeuds et ventres de pr pression qui peuvent se succéder vers les extrémités du corps de turbine z été bien choisie Pour la même raison d'empêchement du bruit , toutes les aubes des diverses roues seront en matériau insonore ainsi que les ajutages et même le corps de la turbine, sinon revêtus d' un enrobage de tel matériau Variantes 'la turbine pourra aussi être d@@posée à l'intérieur de la maison G la plus rande proximité possible du faîtage , dans ce cas,les canaux d'amenée du vent traverseront la toiture pour arriver aux ajutages des rotors et le sommet de la toiture se terminera comme habituellement par une ligne de tulles faltiè- res De même les éléments de turbines 4 au lieu d'autre réa lisées sur le principe approximatif des roues Pelton pourraient l'être sur d'autres @rincipes de turbines à action ou réaction ou de simples moulinets en changeant la forme et la disposi- tion des aJutages ou en utilisant des couronnes d'aubages directeurs .La régulation de la vitesse du ou des moteurs , de meme que la conversion de couple suivant les variatiohs de vent pour conserver l'accrochage au réseau du ou des moteurs pourrait se faire par tous ut ras moyens classiques que celui décrit mais toutes ces variantes rentreraient danse le cadra de la présente invention dont le principe général est : 10) Utiliser toute la surface d'une toiture pour la captation du vent et il emmener par un-a disposition spéciale de cette toiture en réseau de canaux parallèles , à agir sur une turbine de petit diamètre cas s puissante par sa longueur qui est celle de boute la toiture . 20) Déverser cette énergie dans l'installation électrique de a maison eb dans le réseau de distributIon général de la région par l'intermédiaire de moteurs asynchrones que , brà- ce à divers accessoires de lIaison , de changement de couple et de régulation , la force d@ptée sur l'arbre de la turbine fait tourner une vitesse supérieure à celle lu syn@@@@nisme . Une autre variante ser@it la captation à flanc de côteau suiv@nt les mêmes principes pour porter peu d'atteinte esth@tique @u site malgré une très grande puissance captée. les prises de vent les les canaux ascendant seraient disposés sous le flanc de la colline co@me s'il s'agissait d' un versant de toiture et la turbine serait en haut de la collinecomme dans le cas du faîte de @a maison. Ces dispositifs enterres a très faible profondeur , seraient cachés par le gazonet il n'y aurait d'autre limite à la puissance des installations que celles imposées par la configuration géographique du lieu Revendications 1- Dispositif de captation et a'utilisation de l'éner- gie du vent caractérisé par le fait que c'est la surface entière de la toiture des raisons qui capte le vent e-t le concentre sur une ou des turbines de @etit diamètre , donc robustes mais dont la puissance est donnée par la longueur oui va d'un bout k l'autre de la crête de la toiture , assurant ainsi la plus grande captation d'énergie par rapport à l'encombrement d u site et aussi la plus large p@age de captation d'énergie par rapport à la plus large plage de différentes vitesses des vellts , 2- Système et dispositif d# #'exploitation de l'énergie du vent selon la revendication I caractérisé par le fait que la surface de la toiture entière constitue in réseau de -canaux de captation du vent parallèles allant du bas de la toiture à la crête où ils déDcuchent chacun en face d'un rotor de turbine , celle-ci , en un ou plusieurs tronçons séparés d'aill eurs , allant d'un bout à l'autre de la toiture 3- Système et dispositif d'oxploitation de l'énergie du vent selon les revendications a et 2 caractérisé par Le fait q-ue les dits canaux sont constitués par des tuiles spéciales ou éléments de couverture spéciaux dont chacun , tout en concourant à l'écoulement des erux de pluie et à la constitution du dit canal , lui ménage une prise d'air supplémentaire par laquelle le vent incident s'yintroduit et ajoute son énergie à celle ve# nant déjà des autres entrées qui sont celones plus bas 4- Système et dispositif @'exploitation de l'énergie du vent selon les revendications 1 ,2 ,et 3 prises ensemble caractérisé par le fait que ces tuiles ou éléments spéciaux peuvent ménager cette entrée d'air entre eux et l'élément adjacent supérieur sous l@quel ils s'imbriquent , soit qu'ils aient déjà par eux-mêmes cette entrée de vent sur une partie de leur surface . 5- Système et dispositif d'exploitation de énergie du vent selon les revendications 1, 2, 3, et 4 prises ensemble caractérisé par le fait que ces éléments de toiture portent en avant de chaque entrée de vent une protubérance en forme d'ai- leron qui constitue un déflecteur destiné à capter le maximum de vent possible lorsqu'il ne souffle pas dans une direction parallèle à l'alignement ascendant des tuiles 6- Système et dispositif d'exploitation de l'énergie du vent selon les revendications 1, 2, 3, 4, et 5 prises ensemble caractérisé par le fait que cette couverture spéciale de la toiture peut être isolée et séparée de la cherpente par une couche étanche , isolante thermique et éventuellement insonore constituée , comme d'ailleurs les éléments de la dite couverture et même des turbines , soit par un matériau homogène présentant ces qualités , soit enrobant un matériau plus solide , tel que métallique ou fibres constituant son armature interne 7- Système et dispositif d'explotitation de l'énergie du vent selon. les revendications 1 , 2, 3, 4; 5,et 6 prises ensemble caractérisé par le fait que les multiples rotors inclus dans le carter de la longue turbine reçoivent les impulsions du vent par l'intermédiaire d'ajutages ou injecteurs de aébit , réglables ou non qui coiffent les extrémités terminales des conduits d'amenée du vent et que ces ajutages ou injecteurs constituent deux alignements correspondant chacun à un versant de la toiture pour que celle-ci soit actionnée quel que soit le versant sur lequel souffle le vent ; les ajutages pou vant d'ailleurs être remplacés par des couronnes à aubes directrices , réglables ou non , classiques habituelle@###suivant le genre de turbines élémentaire choisi : genre Pelton , Francis Fontaine , Dumont , Bollée et généralement tout autre modèle mais dans le cas choisi où l'axe de rotation de chaque rot or ne serait pas celui général et longitudinal de l'ensemble , il y serait, relié par un couple d'engronages coniques ou système couron@e et vis sans fin .De même la# libération de l'air après sa détente sur les rotors peut être axiale ou périphérique , son évacuation finale à l'air libre longitudinale et se faisant à chaque extrémité du long cylindre corps de turbine ou directement par des ouvertures d@ns ce corps au niveau de chaque élément de turbine , les quel@ peuvent être dans ce cas du système mixte à action-réaction. d'exploitation de 8- Système et dispositif de l'énergie du vent selon les revendications 1,2,3,4,5,6, et 7 prises ensemble caractérisé par le fait que l'arbre principal de la longue turbine est couplé à un moteur électrique @@synchrone , lui-même connecté à l' installation électrique de la maison , par l'intermédiaire d' une transmission et d'un changement de vitesse avec ou sans débrayage , .ue 7e dit changement de vitesse est de préférence automatique et asservi à un tachymêtre , lequel maintient ainsi la vitesse du moteur asynchrone entre les limites qui le font fonctionner en générateur déversant son énergie électrique dans le réseau de la maison et au besoin embraye un ou plusieurs moteurs supplémentaires pour augmenter en tout que de besoin la capacité de transmission de cette énergie à l'installation çleevrique de la maison 9- Système et dispositif d'exploitation de l'énergie du vent selon les revendications 1, 2,3,4,5,6,7 et 8 prises ensemble caractérisé par le fait que par l'association du système habituel normal de couplage de l'installation d'abonné au réseau ( co@pteur électrique ) à un interrmpteur coupleur automatique ou non , relié aux moteurs asynchrones générateurs, l'énergie captée peut être utilisée directement dans l'installation électrique de la maison ou to@alisée et mise en réserve dans des dispositifs "tampons" comme ceux habituellement connus, soit aussi déversée dans le secteur régional ou territorial de distribution électrique oui- sert alors non -seulerent de réservoir tampon a cette installation , rais de totalisateur des énergies Ce vent captées dans les diverses régions ; ceci sans aucune complication ou modification technique de son roseau ni de complicatio@ administrative ou de facturation par rapport aux abonn@s puisque , au moment où l'abonné fournit de l'énergie au réseau , le compteur se et. c tourner a l'envers , la décomptant ainsi de celle qui était déjà enrogistrée . 10- Système et dispositif d'exploitation de l'én@rgie .u vent selon les revendications 1,2,3,4,5,6,7,8 et 9 prises ensemble caractérisé par le fait que le principe et les dispositions générales de l'invention , avec certaines modifications de détail ,en permettent l'application par exemple à tous les murs ou parois plus ou oins verticaux comme aussi à des talus , flancs de colline ou tous sites géographiques pouvant s'y prêter . Pour ces divers cas là , les surfaces de capta- tion pourraient être rendues plus opérationnelles par des déflecteurs améliorant devant elles la captation et la canalisation du vent