Brevet FR2346572A1 — publié le 19771028

La présente invention concerne les éoliennes. Elle permet de fournir de la chaleur de manière continue pour le chauffage des maisons, la production d'eau chaude et la production de vapeur doleau en particulier. Les éoliennes classiques utilisent des alternateurs ou des dynamos, ce qui nécessite des options techniques onéreuses pour fournir des courants de fréquence donnée et de voltage donné, avec un rendement global faible en général. I1 est dès lors nécessaire d'avoir de grandes installations pour obtenir une puissance électrique assez faible, d ou un coût élevé, tant pour l'éolienne que pour les accumulateurs électriques associés. Le dispositif selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients. mars celui-ci en effet le rendement qui permet le passage de l'énergie mécanique à l'énergie calorifique est voisin de 1, et l'accumalation de l'énergie calorifique est beaucoup noins chère Que pour l'énergie électrique. En outre, j'ai inventé une for de retenue du pylone qui en abaisse le coût et le maintient considérablement. Le dispositif objet de l'invention comporte un pylone P supportant un moteur M et une chaudière C. La chaudière C est reliée à une chaudière-accumulateur AC par deux tuyaux calorifuges TC dans lesquels circule un fluide qui absorbe la chaleur produite dans C et la transporte dans AC. Voicin d'abord les spécifications particulières de chacun de ces éléments. 10) le Pylone P Ce pylone est constitué par un tube en acier T reposant sur une masse en béton PP. Ce pylone supporte la chaudière C et le moteur M. Il contient dans son intérieur les deux tuyaux calorifugés TC. Selon une réalisation de l'invention, le pylone P est retenu ainsi 6 blocs de béton sont enterrés de préférence à une distance de PP égale à la hauteur de Pylone et disposés approximativement selon les sommets d'un polygone régulier ayant PP pour centre. L étant la hauteur du pylone et R le rayon de la roue du moteur (en mètres), de chaque bloc de béton portent des filins qui retiennent le pylone tous les 3 mètres jusqu'à la hauteur L-R. I1 part en outre de chacun de ces blocs Bi i = 0, 1, 2, 3, 4, 5 un filin Fi de forte résistance, destiné à retenir la poussée du moteur. Chaque filin Fjest est relié au sommet du pylone à une roue Ri sur la- quelle il tourne. A la distance L (voir figure 2) est placée sur le filin Fi une masse métallicue BFi qui cert au blocage du filin Fi. Le bloe-ge e fait ainsi : quant le fils n Fi se tend, il ste-4Zaoe entre deu masses solidaire du sommet du pylone (voir figure ), et enfin e parcours la masses BFi se bloque contre ces masses (voir figure 3), ce qui permet au filin Fi de retenir la poussée du moteur. Le déblocage ramène le filin Fi à la verticale et la masse BFi descend. Les filins Fi sont reliés au sommet du pylone deux par deux ainsi Fo et F3 sont reliés d'une part par un filin f03 qui va de la masse BFO à la masse BF3 en roulant sur les roues R et R , d'autre part par un filin G03 qui o 3 va d'un point Ao du filin Fo à un point A3 du filin F3, en roulant sur un galet fixé sur le pylone en un point A (voir figure 2). De même F1 et F4 sont reliés par les filins fl4 et g14 et F2 et F5 sont reliés par les filins f25 et Ces couples de filins fonctionnent exactement de la même façon. Décrivons le fonctionnement du couple de filin Fo - F3. Quand les pales sont orientées (voir figure 4) (pour la liaison pylone-moteur voir plus loin les détails et en particulier la figure 6). - dans les directions des arcs 50 et 01, alors F3 est tendu et F1 est replié (voir figure 4) - dans les directions des arcs 43 et 3 a alors F3 est replié et F1 est tendu. Quand les pales (ou plus exactement l'axe du moteur) passe de la direction 1 (resp. 4) à la direction 2 (resp. 3), les filins FO et F3 sont peu tendus et un poussoir PO solidaire du moteur fait tourner une roue R 03, solidaire du haut du pylone en poussant un poussoir P O3 solidaire de R 03. La roue R 03 convenablement démultipliée, actionne un rote S 03 sur laquelle le filin f03 est enroulé au passage de Ro à R3, en relevant progressivement le filin Fo qui se tend. Ainsi le point Ao s'éloigne de A pendant que le point A3 tend vers A. Ala fin du parcours, quand les pales sont dans la direction 2, les filins FO et Fq sont dans la position de la figure 2. La roue Ro3 est munie de deux poussoir P'03 et pt? de sorte que, si PO revient, il raccroche P"03. Ces deux poussoirs jouent des roles symétriques dans la course de la roue R03 par rapport au poussoir PO. De même quand PO va de 4 à 5, il entraine une roue R30 munie de poussoirs analogues à R 03. les roues R 03 et B 30 sont reliées à la même roue S 03, de sorte qu'elles tournent de manière solidaire l'une de l'autre (chaines ou engrenages), le poussoir PO pouvant ainsi tourner dans tous les sens en abaissant ou repliant les filins quand les pales arrivent devant eux. On a les mimes roues R14, R41, S41, P1,4, P14, et de mSme pour R25, R52, S25 P25 P"25.... Ceci est une première réalisation de l'invention. Selon une autre réalisation de lti.vertion : Les filins, en nombre au moins égal à 3, sont accroché au soumet du pylone en faisant un angle X avec le pylone (voir fiacre 5). La roue (décrite par les pales) du moteur fait un angle B avec le pylone en son sommet, de sorte que B X. Avantage de cette deuxième solution : elle est très économique. Inconvénient le rendement des pales diminue à mesure que 3 augmente. Cependant on récupère un "effet de sol" analogue aux pales d'hlicoptère qui se pose. 2 ) Le moteur 2.1. Jonction moteur-pylone Le haut du pylone se termine par une flasque FP sur laquelle repose une flasque Fr4 solidaire du moteur. La flasque FM est retenue par la flasque FP solidaire du pylone par un montage analogue à celui de la figure 6. On peut y mettre soit des roulements et butées, soit des disques en fonte. Un montage des roues R 03, R 30, S 30, Ro et R 3 est figuré sur la figure 6. Les roues R 14 ... et R 25 ... sont dans des plans différents. R 30 et Ro sont fixés sur FP. Ltaxe vertical de R 03 commande par pignon S 03 relié à S 30 par une chaine. S 03 à axe vertical commande par pignon et engrenage démultiplié la roue Ro. 2.2. Les pales Il y a 4 ou 3 pales construites selon les règles de l'aérodynamique. Elles sont faites en toles oalvanisées ou en toile ou en nylon, et ont une armature interne faite en métal plat et en rail de métal ainsi : tous les cin quante centimètres environ, un plat ayant le profil choisi est relié à deux rails R1 et R2 par une tole soudée sur chacun. Les toles galvanisées sont ri vées sur ces fers plats à l'aide de rivets. En arrivant au centre de la roue, les rails sont reliées à un bati solidaire d'un arbre creux qui tourne avec elles et qui les tient. 2.). L'arbre L'arbre est creux. I1 est tenu par un palier-roulement fixé sur une tole forte armée TF du coté des pales, et par un roulement à rouleau et butée de l'autre coté, sur un palier toujours fixé à cette même tole forte armée TF est solidaire de la flasque FM. L'arbre fait un angle avec le pylone qui ntest pas de 900 tout à fait Des plats de renforcement et antivibratoires sont soudés le long de l'arbre (Voir les détails sur les figures 9 et 10). 2.4. Asservissements - Une masselotte MO en étant commandée par le nombre de tour n de 11 arbre (n~nosbre de tours par minute de l'arbre) convenablement demultiplié. - Une masselotte M1 tourne, commandée par une petite éolienne à axe vertical, faite de trois chapeaux coniques et tourne d'autant plus vite que la vitesse v du vent au centre de la pale augmente. Le montage de Mo est identique à celui de fE (voir la figure 8) Un bras B1 est relié d'une part à un point fixe PF, dans lequel il peut cependant coulisser librement, puis il est fixé à la jonction inférieure I1 de la masselotte Ml, sans Autre dolidaire de I1, et en rotation libre dans le plan PL de l'axe de rotation de M1 et de FF. Enfin il actionne un mobile MS de serrage A coulisse sur la tige de commande de frein TCF. B1 glisse librement dans MS et y tourne librement dans le plan PL. La masselotte MO commande un bra analogue 35, qui actionne un mobile serrant M S O. Quand la vitesse v augmente, MS monte et se stabilise à un certain régime. La vitesse des pales augmente également et le mobile MSO monte. Ces masselottes sont réglées de façon que MSo rencontre MS en montant pour obtenir un rendement maximum de l'éolienne. Quand MSO monte, elle serre une plaque PM So contre la tige TCF et ainsi les masselottes exercent une traction sur la ti, ge de commande du frein. La plaque PMSo est fixée sur le mobile MS en dessous, et quand le mobile MSo monte, il rencontre PMSo, et s'il continue à monter, il serre PMSo sur TCF. 2.5. Asservissements de sécurité L'éolienne est conçue pour résister à des vent" de 200 km/heures. Sous traction du vent, la roue se met automatiquement en travers du vent derrière le pylone par rapport au vent. En cas de grand vent, la première précaution consiste à limiter le nombre de tours par minute n de l'awbre. Pour ce faire on place TCF (voir figure 8) une masse d'arret MA. le mobile MS vient donc buter en fin de parcours sur rm et commande ainsi le freinage n diminue donc rapidement dans ce cas, la rotation de 11 arbre n'étant à nouveau autorisée que quand le vent diminue, c'est à-dire quand MS redescend. En outre une deuxième précaution consiste à "laisser les pales dans le vent". Pour ce faire un dispositif permet de faire varier le pas ainsi. Un bati est monté sur l'arbre (voir la figure 11). Ce bati, en section perpendiculaire à l'arbre, a la forme d'un polygone régulier à NP cotés, NP étant le nombre de pales. Chacune des pales est montée sur un coté de ce polygone régulier de la manière suivante. a) Un tube R 01 est solidaire du bati. Le rail R1 se termine par un axe, qui est tenu dans RO1 par deux roulements RRl et RR2, par deux butées BB1 et BB2 (voir la figure 9). b) Le pas de la le est déterminé par l'extremité du tube R2 (rail). L'extrêmité du tube R2 es constituée par deux sabots SH et 53, (voir figures 10.1 et 10.9) qui comportent des rouleaux qui roulent sur un guide cylindrique GC (l'axe R1 est l'axe de ce cylindre) dolidaire du bati. Les sabots SF et B sont limités et retenus, d'un coté par une butée fixe BF fixée sur GC, de l'autre par une butée variable EV qui coulisse sur le guide GC. La butée variable 3V est retenue par deux ou plusieurs ressorts de compression RC1, RC2,...,R^?,... Ces ressorts de compression s'appuyant sur une butée fixe BFF à l'autre extrêmité de GC. Ces ressorts sont tels qu'ils excercent une force sur BV suffisante pour retenir la poussée du vent tant que celui-ci est normal. Quand le vent augmente, il exerce sur la poile une force qui entraine SH et SB à pousser BV de plus en plus fort. Les ressorts se compriment alors et les pales sont d'aux tant plus "dans le vent" que celui-ci est plus fort. Cette sécurité est très grande, car avec le temps, les forces de con pression diminuent. Un simple examen annuel permet de vérifier quand il est temps de changer ceux-ci, le système ne pouvant en aucun cas subir d'avaries. Enfin une croisière précaution essentielle consiste en la durée d'usure des plaquettes fixée à deux ans et surtout dans le dispositif suivant. On règle le niveau d'huile du maître-cylindre des freins de manière que, quand ensemble des plaquettes est près de l'usure, ce niveau soit en dessous d'un miniumum fixé à l'avance. Un indicateur constitué par un flotteur FL flotte sur l'huile du réservoir. I1 est relié à une articulation X (voir figure 12) par une tige TF, et X est relié à un indicateur Y par une tige TTH qui pivote autour d'un point fixe TP. Quand le niveau d'huile baisse3 X baisse donc Y monte. Quand X baisse trop, Y rencontre une masse MY fixée sur TCF et, la démultiplication étant forte, Y bloque finalement les freins, de sorte que l'éolienne s'arrête. Selon une autre réalisation de ce dispositif, Y pousse une masse MY en équilibre juste stable, qui tombe le long de TCF, et assure le blocage des freins par poulie de rappel (voir la figure 13). 2.6. Variante : Variation du pas et branchement d'un alternateur. Dans certains dispositifs, on peut prévoir une commande de variation de pas basée sur le principe suivant Pour les faibles vitesses du vent, le pas est petit et les pales tournent assez vite. Le calage de base SH et SB sur la butée fixe BF est déterminé par ce pas. Quand on veut brancher un alternateur ur l'arbre, il est intéressant de stabiliser le nombre de tours par minute N de l'arbre à une constante N. donnée, et de faire varier le pas des pales en fonction de la vitesse V du vent au centre de la pale. Pour ce faire on bloque le mobile MSO par une masse M3 fixée sur TCF, de sorte que la variation de N ne s'écarte pas de plus de 2 , de No dans une plage de vitesse de vent V assez grande. En dehors de cette plage, des interrupteurs commandés par MS interrompent le courant, après avoir envoyé un message à la chaudière accumulateur Cr pour brancher soit un système d'appoint, soit un autre alternateur. La commande du pas des pales, le système étant inchangé par ailleurs, se fait de la manière suivante (voir figure 14) : une tige T pousse le rail R2 ainsi T est filetée et un manchon M est fileté intérieurement. I1 tourne sous l'action d'un pignon à chaine P sur des roulements solidaires du bati. La chaine rejoint un pignon PPi sur un arbre AR commun aux pignons PP1,... PPi,... des pales. L'arbre AR tourne sur roulements RRR1 et RRR2 qui le maintiennent libre en rotation par rapport au bati (voir figure 15) et il est commandé par un moteur électrique ME à courant continu, solidaire du bati, qui tourne dans un sens quand la différence du potentiel VME1 - VME2 est positive et dans l'autre quand elle est négative (MF1 et ME2 sont les bornes du moteur). De l'autre coté, l'arbre AR se prolonge par un petit arbre fileté sur lequel se déplace un écrou EC eui est libre en translation parallèle à AR, mais qui ne peut tourner. EC porte un curseur C qui se déplace le long d'un rhéostat RH, dont les bornes de sortie sont A et B. De même sur le mobile de serrage MS es-t fixé un curseur C' qui se déplace le long d'un rhéostat RH' de bornes A' et B' (voir figure 16). Sur l'alternateur est branché un rechesseur R E D qui donne du courant continu par des bornes R E n+ R E D-. On relie les bornes A, B, C, A', B', Ct, R E D+, R E D-, M E 1 et Y E A par des conducteurs comme indiqué sur la figure 16. Le passage du courant entre le bati tournant et la tole forte armée TF est assuré par des anneaux fixés autour de l'arbre et isolés (voir figure 17) sur lesquels frottent des charbons. Les fils passent alors au milieu de l'arbre qui est creux. Les rhéostats RH et RH' sont calculés de sorte que, pour chaque vite se V du vent, on ait VC - VC f G O si le pas est bon V c - Vc? o si le pas doit être augmenté Vc - Vct o si le pas doit être diminué Ainsi le moteur ME ramène automatiquement le pas à la bonne valeur en fonction de v dès qu'il s'en écarte. ) ) La chaudière Voir le plan général figure 18 La chaudière est constituée de la manière suivante Une citerne CT est constituée par le volume située entre deux cubes ou surfaces intérieures l'une à l'autre dans lesquelles circule un liquide L (eau, huile ou tout autre). Deux tuyaux arrivent à la citerne CT le tuyau d'arrivée TA arrive à une pompe qui pousse le liquide L dans CT en dessous. Le liquide L monte dans CT et ressort en haut vers l'intérieur rempli d'air seulement La pompe est commandée par un système de poulies, chaines et pignons fixés sur la tole TF, comme CT, comme indiqué sur la figure î8 (arbre ARR). L'arbre ARR en-dessous de CT commande également un ventilateur intérieur à CT qui pousse l'air vers le haut pour refroidir les disques. Ces disques, qu'on peut ajouter à volonté les uns à la suite des autres sont également refroidis vers l'intérieur par une circulation du liquide L qui rentre dans un dispositif CA, traverse D1, D2,... comme indiqué figure 18, et ressort par un dispositif CD analogue S CA, puis s'en va par le deuxième tuyau, qui est le tuyau de départ TO. Ces disques sont solidaires de marbre et tournent avec lui. Ils sont freinés par des plaquettes de disque de frein classiquement commandées par un circuit hydraulique, la tige TCF appuyent sur le mattre-cylindre commun quand on la tire vers le haut, par l'intermédiaire d'une tige démultiplicatri ce. L'air poussé par le ventilateur redescend le long d'ailettes qui le refroidissent. La citerne et les tuyaux TA et TD sont soigneusement calorifugés. Sécurités : Si la pompe marche à vide, ou si la température du liquide L dépasse une température fixée, un dispositif fait tomber la masse EY (voir 2.6.) qui bloque le système. 4 ) La chaudière accumulateur Les tuyaux calorifugés TC arrivent à la chaudière accumulateur constituée d'une citerne CCA remplit d'un liquide L' (voir figure 19). Le liquide chaud L éehange ses calories avec le liquide L' par un échangeur corsti- tué par des tuyaux munis d'ailettes. Te chauffage central est alimenté par un échangeur oui chauffe l'eau du chauffage central en refroidissant le liquide L'. la surface des tü7'd9Y et ailettes de cet échaneur en détermine la puissance. Un accelarateur avec thermostat peut être utilisé comme sur les chauffages classiques. Même principe pour l'eau chaude. I1 faut un thermostat de sécurité, qui refroidit L', si L et L' sont différents. Pour la production de vapeur d'eau, il suffit d'utiliser un liquide sûr jusqu'à 150 C, par exemple de l'huile, et d'utiliser des tubulures en acier. La citerne CCA doit être soigneusement calorifugée. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de captage de l'énergie d'un fluide en déplacement, du type comportant : un organe rotatif muni d'éléments disposés sur le trajet du fluide en mouvement et agencés de manière à pouvoir être déplacés par ce fluide, et des moyens destinés à transformer l'énergie mécanique de llorgane rotatif en une énergie d'un autre type, caractérisé en ce que les moyens de transformation- d'énergie comprennent un frein, avec un alternateur optionnel éventuel, associé a au moins un élément tournant solidaire en rotation de l'organe rotatif. 2. Disositi selon la revendication l, caractérisé en ce que des moJ-ens sont Zévus pour asservir la force. de freinage du frein à la vitesse du fluide en déplac-e.ent. 3. Dispositif selon. les revendicatons 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de transfarmation d'énergie comprennent un dispositif de refroidissement de l'élément d'actionnement du- frein et/ou de l'élément tournant, ce du positif de refroidissement étant du type à circulation de fluide caloporteur, et en ce que le fluide chaud issu du dispositif de refroidissement est aceumu- le dans un réservoir. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que un système de cables et de roues permettent aux cables de retenue de laisser automa tiquement le passage à la roue quand celle-ci tourne au sommet du pylone. 5. Dispositif selon la revendication 1, caraetérisé en cè que la roue fait un angle avec le pylone en sommet, assez grand, de sorte que son axe n'est ^t. horizontal ri vertical. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'as- servisement est constitué par des moyens purement mécaniques, à savoir masselottes exerçant une traction sur la tige de commande du frein, ainsi que les asservissents de sécurité. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système d'asservissement revendiqué en 6 est prolongé pour le branchement d'un alternateur par un asservissement or. opre à l'alternateur commandant au dispositif de tourner à un nombre de tours par minute constant.