Brevet FR2350478A1 — publié le 19771202

La présente insert on concerne une installation éolienne de production d'énergie. Elle a notamment pour objet une installation de production d'électricité fournie par une génératrice actionnée par l'intermédiaire d'une éolienne à aÄe vertical, de conception nouvelle et dotée d'un certain nombre d'avantages. On connaît déjà des éoliennes ou aéromoteurs comportant un axe et des pales concaves ou hémi-cylindriques verticaux ayant notamment pour but d'obtenir un mouvement de rotation uniforme de leur rotor que que soit la direction du vent, sans équipement d'orien- station, Selon ces réalisations, chaque pale de l'éolienne est constituée d'un unique demi-cylindre, de sorte que l'obtention d'une puissance intéressante conduit à l'exécution de pales de hauteur importante et, par conséquent, à la conception d'installations lourdes qu'il est nécessaire d'ancrer fermement au sol, sur des nonda- tions, axialement et en plusieurs points périphériques, tandis que le roulement axial d'appui de leur rotor ne résiste pas longtemps compte te du poids excessif de ce dernier. En outre, de telles éoliennes ont un fonctionnement nul par vent Faible en raison de leur lourdeur Ces inconvénients capitaux expliquent le fait que de telles realisations théoriques n'aient finalement débouché sur aucune application pratique. Un but visé par la présente invention est la conception d'une éolienne légère de construction très simple et fonctionnant parfaitement, en toute sécurité, quelle que soit la force du vent, aussi bien par vent très faible que par vent fort ou ouragan, tout en étant également dépourvue de système directionnel et tournant aus-si touJours dans le neme sens quelle que soit la direction du vent. Un autre obJet de l'invention est l'obtention d'une éolienne stable et dotée d'un fonctionnement n'engendrant ni vibrations, ni bruit. Un autre objet de l'éolienne revendiquée, est la réalisation d'une installation pourvue d'un système de lubrificàtion automatique grâ- ce auquel l'entretien de ladite installation est pratiquement nul et sa longévité très grande. Un autre objet de l'invention est d'associer l'insta'latio-n éo- lienne à une installation de captage d'énergie solaire, de ria- nière à rendre possible la réalisation d'ensembles autonores de production et de stockage d'énergie. Selon une première caractérIstique de l'invention, chacune des pales du rotor à axe vertical de l'éolienne est constituée par une pluralité d'éléments capteurs concaves juxtaposés et disposés parallèlement audit axe. Selon une autre caractéristique, un espace est ménagé entre lesdits éléments capteurs concaves lesquels ont une longueur crcis- sant en direction de l'extérieur des pales du rotor de l'éolienne. Selon une autre caractéristique, le rotor de l'éolienne comporte au moins deux pales stabilisatrices de démarrage, disposées, sur au moins une portion de leur longueur, au-dessus d'un plan passant par le sommet des éléments capteurs des pales motrices. Selon une autre caractéristique, î'extrémlté inférieure de l'arbre vertical de l'éolienne est dotée d'un système d'appui à billes auto-lubrifiant, maintenu dans une crapaudine au moyen d'organes amortisseurs. Selon une autre caractéristique, le socle de l'éolienne est constitué par un réservoir d'eau annulaire dans l'orifice axial duquel la partie inférieure de l'arbre vertical de l'éolienne est montée tournante. Selon une autre caractéristique, la base dudit réservoir comporte une chambre de chauffe annulaire dans laquelle circule un fluide chauffé par une installation de captage d'énergie solaire. Ces différents buts et caractéristiques, et d'autres encore, ressortiront mieux de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue à caractère schématique, en coupe axiale partielle, d'une installation éolienne selon l'invention associée, selon un exemple intéressant d'application, à une installation de captage d'énergie solaire. La figure 2 est une vue en perspective du rotor de l'éolienne La figure 3 est une vue en plan dudit rotor. La figure 4 est une vue de côté selon la ligne 4-4 de la figure 3. La figure 5 est une vue en coupe axiale Illustrant le montage de l'arbre vertical de l'éolienne. La figure 6 est une vue de détail, à plus grande échelle, dudit montage. La figure 7 est une vue schématique représentant l'installation de l'éclienne au sommet d'un empilage de réservoirs, selon un autre node d'exécution de l'objet de l'invention. Les figures 8 et 9 sont des coupes verticale selon les lignes 8-8 et 0,3, , respectivement, de la figure 3. On se reporte auxdits dessins pour décrire des exemples de réalisations avantageux, quoique nullement limitatifs, de l'installa tion éolienne selon l'invention qui, dans les applications illustrées et décrites, est destinée à la production d'électricité,mais qui est aussi susceptible d'entre utilisée, d'une manière générale1 pour trans former l'énergie éolienne en énergie mécanique utilisabie, coir-e cela ressort de la suite du présent exposé. selon l'invention, l'installation éolienne comprend un arbre vertical 1 dont la partie supérieure porte le dispositif tournant de captage du vent. Ce dispositif ou rotor de l'éolienne comporte au moins deux pales 2, par exemple diSposées à 180 l'une de l'autre. Chacune desdites pales est constituée par une pluralité d'éléments capteurs 3 alignés les uns à la suite des autres et rigidement fixés sur une ar mature en alliage lécher 4 comportant un axe 4 a d'accouplement, à l'aide de moyens connus, par exemple au moyen de brides 27, au sommet de l'arbre I cons tuant le prolongement dudit axe.Les éléments capteurs 3 ont un c8té concave et les concavités des éléments juxtaposés de l'une des pales ont une orientation inverse de celle des élément capteurs de la pale opposée. 3'autre part, chaque élément 3 est avantageusement constitué par un demi-tube, de sorte qu'il présente, d'un c8tê une surface concave ou creuse 3a et, sur son côté opposé, une surface convexe ou bombée 3b. Les éléments 3 ont, de manière préférée,une disposition Parallèle à l'arbre 1 de 1 éolienne et sont, de façon intéressante, séparés par un intervalle i. Ils peuvent être exécutés en alliage léger ou en toute matière Plastique présentant la rigidité nécessaire. En outre, les éléments capteurs 3 - 3' - 3", . ..., de chaque pale 2, ont une longueur croissant en direction de l'extérieur du rotor, comme le montrent les figures 1 et 2. On conçoit que quelle que soit la direction dans laquelle il souf- fle, le vent se trouve capté par la surface concave des éléments 3 des pales -2, de sorte que l'éolienne tourne toujours dans le même sens, ce qui supprime la nécessité d'un empennage ou autre dispo sitif directionnel. En outre, cette éolienne ne peut s'emballer et se stabilise automatiquement lorsque le vent souffle à vitesse élevée ou en très fortes rafales, sans qu'il soit nécessaire de prévoir un disposi- tif de régulation complexe, lourd et coùtéux. En effet, si les concavités des pales 2 permettent une prise maximum du vent déterminant le sens de rotation de l'éolienne, les parties bombées op- posées desdites pales assurent le freinage de ladite éolienne et sa stabilisation par vent très fort. te rotor de l'éolienne comprend encore deu: pales 5 d'équilibrage et de démarrage disposées à 1800 l'une de l'autre et à 90 par rapport aux pales 2. tes pales 5 ont, par exemple, une inclinaison de 500 par rapport à la verticale et forment donc, dans ce cas, entre elles, un angle de 100 . Elles sont avantageusement disposées, sur au moiris une portion de leur longueur, au-dessus d'un plan horizontal passant par le som- met des éléments 3" de plus grande dimension des pales 2. tes pales 5 sontconstituées, chacune, par un élément capteur 6 analogue aux éléments 3 et comportant, par conséquent, un côté concave 6a et, de préférence, un côté convexe opposé 6b. Lesdits élé- ments 6 sont rigidement fixés sur des bras 7 lesquels sont euxmêmes rigidement reliés à l'armature 4, par exemple par leur base et par l'intermédiaire d'un haubannage 7a solidarisé à la traverse supérieure 4b de ladite armature. Pour favoriser l'entraînement en rotation de l'éolierne, les différents éléments de l'armature porteuse tels Sue 4 - 4b - 7 - 7a, ..., sont, comme illustré aux figures 8 et 9, constitués par des cornières en forme de V, c'est-à-dire présentant, comme les élévents capteurs, un côté creux et un c8té bombé. te côté creux des- dits éléments d'armature est orienté de manière identique à la concavité des éléments capteurs qu'ils soutiennent, tandis que la convexité desdits éléments capteurs a la même orientation que le c8té bombé des éléments d'armature.Ainsi, corme le montrent les dites figures, les éléments d'armature 4 soutenant les élément capteurs 3 de l'une des pales 2 ont une orientation inverse de celle des éléments d'armature diamétralement o?posês portant 3.es éléments capteurs de l'autre pale, Il en est deméme en ce qui con- cerne les bras 7 portant les éléments capteurs 6 des pales 5 Dans un but analogue, les extrémités des éléments capteurs ole, pales. de l'éolienne, et notamment des pales de démarrage rt de stabilisation 5, peuvent être munies d'un bouchon 6c améliorant et augmentant la prise du vent. Les pales 5 permettent d'éviter le balourd et assurent le démarrage de la rotation de l'éolienne par vent tres faible, par exem ple à partir de 1 m/s. L'éolienne ainsi conçue Deut être installée sur toute structure convenable, en fonction de sa destination. ainsi, si l'on considère, à titre d'exemple, une application de l'installation selon l'invention à la production de l'énergie électrique nécessaire aux usages domestiques, le rotor de l'éolien ne pourra être placé sur le toit de l'habitation, tandis que la base de l'arbre 1 et la génératrice électrique sont logées dans une pièce de ladite haoitation. 'arbre 1 est monté tournant dans des paliers fixes tels que 8 et 9 solidaires de la structure porteuse, le palier 8 étant placé le plus près possible du rotor afin d'éviter la flexibilité de la portion de l'arbre comprise entre ledit palier et ledit rotor. Selon gne disposition caractéristique et revendiquée, le palier infêfteur d'appui comprend un coussinet 10, par exemple en bronze, porté par une crapaudine 11, elle-meme montée sur un socle en acier 12 fixé au sol ou au plancher de la structure porteuse. Des galets annulaires 13 en caoutchouc durci ou autre matériau compressible de dureté convenable sont interposés, de part et d'autre d'un épaulement périphérique 10a dont est doté le coussinet 10, entre la surface externe de ce dernier et la surface interne du logement de la crapaudine 11, le galet inférieur reposant dans le fond de ladite crapaudine et permettant l'appui dudit coussinet. Un écrou à créneaux 1.4 ou dispositif analogue se visse dans un taraudage lia ménagé à la partie supérieure de la crapaudine 11, pour assurer le serrage des galets amortisseurs 13 et l'immobilisation du coussinet 10. La portion inférieure de 11 arbre 1 est logée dans le coussinet 10 et son extrémité est munie d'une bille ou sphère 15, par exemple en acier et sertie à chaud dans ladite extrémité. L'extrémité ainsi agencée de arbre 1 repose sur une autre bille ou sphère 16 sertie dans un grain de butée 17 placé dans le fond du coussinet 10. A la partie supérieure dudit coussinet, est monté, par exemple par vissage, un réservoir annulaire 18 entourant l'arbre 1. Ce ré- servoir est rempli d'huile, par exemple jusqu'à une vis de niveau 19 et cette huile peut s'écouler jusqu'auxbilIes 15 par le canal d'une rainure verticale 10b ménagée dans l'alésage du coussinet 10, de façon à permettre une lubrificatIon automatique et continuelle du dispositiF d'appui de l'arbre 1. L'entretien de ce dispositif est, de la sorte, pratiquement nul. En outre, gracie aux galets 13, les vibrations éventuelles sont absorbées et ne sont pas transmises au sol ou al plancher de la structure porteuse. La poulie motrice 20 est calée de toute manière connue, par exemple au moyen d'une clavette 21, sur l'arbre 1, de préférence au voisinage de l'extrémité inférieure dudit arbre. Selon une disposition avantageuse et caractéristique, cette poulie comporte un corps enveloppant 20a doté d'une cavité cylindrique 20b dans laquelle est logée la partie supérieure du dispositif de butée à bille et de son système de lubrification précédemment décrits. La poulie 20 est reliée, au moyen d'une ou plusieurs courroies 22 à une ou plusieurs génératrices ou alternateurs électriques 23, ou à toute autre machine susceptible d'etre actionnée par l'énergie éolienne captée à l'aide de l'installation ci-dessus décrite. La génératrice 23 peut, selon une application possible, fournir du courant sur des résistances et alimenter une batterie d'accumulateurs 24, par exemple par l'intermédiaire d'un régulateur 25 et de filtres 26, de manière à satisfaire aux besoins dome,tiques en électricité en toutes périodes. Est également étudiée, la possibilité d'exécuter des éoliennes de petites dimensions aptes à être installées sur des voitures automobiles électriques pour assurer l'entretien et la recharge de leurs batteries. Les petites éoliennes de faible envergure et puissance peuvent e- tre montées directement sur le système de butée à billes, sans Da- lier supplémentaire. Par contre, un ou plusieurs paliers intermédiaires 32 peuvent être prévus pour l'installation des éoliennes de grandes dimensions et puissances, afin d'éviter la flexion de l'arbre. Selon une autre caractéristique de l'invention, le socle de l'éo- lienne est constitué par au moins un réservoir d'eau à usages uti litaires multiples qui, par sa masse, remplace avantageusement l'armature porteuse classique des éoliennes, permet le stockage de l'eau, l'emmagasinage des calories produites, assure la stabilité de l'installation et absorbe parfaitement les vibrations éventuelles. Ainsi, comme le montre la fIgure 1, la portion inférieure de 1' arbre vertical 1 est lofée dans l'orifice axial 30a d'un réser- voir annulaire 30 dent les parois sont, de manière connue en soi, dotées d'un calorifugeage 31 assurant l'isolation thermique et phonique. le sommet de ce réservoir est pourvu d'un palier 32 dans lequel turne l'arbre 1 dont la base repose dans le dispositif de butée à billes auto-lubrifiant désigné dans son ensemble par la référence 9 à la figure 1 et installé à la partie inférieure ou audessous dudit réservoir. L'eau contenue dans le réservoir 30 peut être chauffée par des résistances 33 alimentées par la génératrice 23 de l'installation éolienne, ledit réservoir constituant ainsi une chaudière électri- que produisant de l'eau chaude, soit pour des usages domestiques, soit pour une utilisation calorifique, soit enfin pour des usages industriels. La référence 30b désigne l'arrivée d'eau froide dans ledit réservoir dont le départ d'eau chaude est signalé par le repère 30c. On prévoit, dans le candre du présent brevet, d'associer étroite ment la récupération et le stockage des énergies @ fournies par le vent avec celles produites par le soleil. Ainsi, comme le montre la figure 1, le collecteur 34 d'énergie solaire installé sur le toit T de l'habitation assure le chauffage du fluide du circuit primaire 35, huile par exemple, lequel est acheminé, sous l'action de la pompe 36, jusqu'à une chambre de chauffe annulaire 37 disposée à la base du réservoir 30 et séparée de ce dernier par la paroi 38 permettant l'échange de chaleur et le chauffage de l'eau contenue dans ledit réservoir.Les résistan- ces 33 alimentées par la génératrice 23 de l'installation éolienne constituent alors un réchauffeur électrique classique permettant de complèter l'apport de chaleur fournie par l'énergie solaire,par exemple la nuit ou lorsque 11 ensoleillement est insuffisant la référence 40 désigne le vase d'expansion de l'huile du circuit primaire, tandis que l'installation peut etre équipée, de manière habituelle, de tous les appareils complémentaires necessaires tels que sondes dthuile et d'eau reliées à un comparateur électronique de température, etc..., qu'il ne parant pas nécessaire de décrire en détail dans le cadre de la présente invention. g Selon une autre caractéristique, le socle de l'éolienne est constitué par une pluralité de réservoirs superposés, comme le montre la figure 7, de manière à constituer une tour de stockage et de distribution d'eau dotée de caractéristique thermiques et de pression différentes selon la situation dl: réservoir débiteur dans l'empilage. Cette installation de stockage et de distribution d'eau comprend, par exemple1 quatre réservoirs 41, 42, 43 et 44 empilés les uns sur les autres et ayant, de préférence, une séction transversale circulaire et un égal diamètre. En outre, leurs bases et sommets ont une forme complémentaire favorisant la stabilité de l'empilage. Le réservoir supérieur 41 peut être réalisé de manière comparable au réservoir 30 précédemment décrit et servir de socle proprement dit à l'éolienne dont on a seulement représenté la portion inférieu- re de l'arbre 1 et le système de butée à billes autolubrifiant 9. Les réservoirs superposés sont séparés par une isolat on 45 et sont également pourvus d'un calorifugeage périphérique 46 sur toute la hauteur de l'empilage. En oetre, la base de chaque réservoir est en contact avec une chan- bre de chauffe 47, 48, 49 contenant le fluide du circuit primaire lequel est, par exemple, chauffé par l'énergie solaire, de la fa çon précédemment exposée. De manière préférée, le réservoir rieur 44 ne comporte aucun système de chauffage. L'arrivée 44a d'eau freide est placée à la base du réservoir infé- rieur dcnt la partie supérieure comporte un premier départ 44b pour la fourniture d'eau sous pression à la température d'arrivée, et un second départ 44c permettant de relier ledit péservoir, d' une part au réservoir superposé 43 et, d'autre part, au @éservoi- 42 placé au-dessus dudit réservoir 43, au moyen de la canalisation 50 et de la dérivation 50a. La dérIvation 50a est en relation avec l'entrée 43a placée à la partie supérieure du réservoir 43, tandis que la canalisation 50 communique avec l'arrivée 42a disposée à la base du réservoir 42. Le réservoir 43 comporte, à sa partie supérieure, un départ 43b pour la fourniture d'eau chaude à faible pression. Il es et cutre doté d'une évacuation de trop plein 43c et d'une vanne à flot teur 43d dsposée sur la dérivation d'alimentation 50a. Le réservoir 42 est pourvu, à proximité de son sommet, d'un départ 42b d' ea'; moyennement chaude sous pression lequel est en relation, d'une part,avec le circuit d'utilisation 51b et, d'autre part, avec l'arrivée 41a placée à la partie inférieure du réservoir su péri sur 41, au moyen de la canalisation 51, ledit réservoir supérieur comportant, également au voisinage de son scmmet, un départ 41b débitant de 11 eau très chaude sous pression. Le fluide du circuit primaire en provenance de la source de chauffage telle qu'un collecteur d'énergie solaire, arrive par l'entrée 47a dans la chambre ae chauffe 47 associée au réservoir 41, puis passe successivement dans les chambres de chauffe 48 et 49 asso ciées aux réservoirs sous-jacents 42 et 43, respectivement, par l'intermédiaire des canalisations 52 et 53. La pompe 54 placée en relation avec la sorte 49a de la chambre de chauffe inférieure 49,assure la circulation du fluide de chauffage dans le circuit primaire. Des réchauffeurs électriques 3?. Peuvent être placés à l'intérieur des réservoirs 41, 42 et 43, les résistances de ces dispositifs étant, par exemple1 alimentées par la génératrice 23 de l'instal- lation éolienne décrite ci-dessus. Les réservoirs 41, 42 et 44 sont avantageusement équipés, dans leur partie supérieure, d'une soupape de purce 55, lesdites soupapes, comme le trop plein 43c du réservoir 43, communiquant, par l'intermédiaire de tuyauteries appropriées, avec un orifice de retour 43e prévu à la base dudit réservoir 43. On comprend que la température de l'eau froide arrivant par le bas de la tour ainsi réalisée est progressivement élevée au cours de ses passages ascendants successifs dans les différents réservoirs empilés, le fluide de chauffage étant en effet introduit dans la chambre de chauffe du réservoir supérieur et descendant successivement dans la chambre de chauffe des réservoirs sous-jacents en abandonnant progressivement des calories lors de sa descente. L'intérêt et les avantages de l'installation éolienne selon l'invention et de ses différents modes de réalisation, ressortent bien de la description qui précède et des dessins annexés. Entrent également dans le cadre de l'invention, les modificatiors ou substitutions susceptibles d'etre apportées par l'homme de li art, aux installations décrites et qui, sans en altérer les dispositions origInales, n'en seraient que des équivalents techniques. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Installation éolienne. à axe vertical comportant au moins deux pales motrices, caractérisée en ce que chacune desdites pales est constituée par une pluralité d'éléments capteurs concaves juxtaposés, de préférence disposés parallèlement audit axe. 2. - Installation éolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un espace est ménagé entre les éléments capteurs concaves comportant une surface convexe oppcsée à leur concavité. 3. - Installation éolienne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits élm.ents capteurs concaves ont une longueur croissant en direction de l'extérieur du rotor de l'éo- lienne. 4. - Irstallation éolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rotor de ladite éolienne comporte encore au moins deux pales stabilisatrices de démarrage disposées, sur au moins une portion de leur longueur, au-dessus d'un plan passant par le sommet des éléments capteurs des pales motrices, lesdites pales stabilisatrices étant, de préférence, constituées par un élément capteur concave et ayant, par e; > emsple, une disposition inclinée par rapport à l'axe vertical de l'éolienne. 5. - Installation éolienne à axe vertical, notamment selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'extrémité inférieure de l'axe ou arbre vertical de l'éolienne est munie d'une bille ou sphère placée en appui sur une seconde bille ou sphère logée dans le fond du coussinet dans lequel ladite eJc- trémité est montée tournante. 6. - Installation éolienne selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'un réservoir annulaire d'huile entourant l'arbre vertical de l'éolienne est monté à la partie supérieure du coussinet dont l'alésage comporte une rainure verticale pour l'écoulement de l'huile jusqu'au fond dudit coussinet. 7. - Installation éolienne selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que le coussinet est monté dans une crapaudine, par l'intermédiaire de galets annulaires en caoutchouc durci ou autre matériau compressible de dureté convenable, interposés entre la paroi de l'alésage de la crapaudine et la surface latérale du coussinet, lesdits galets annulaires étant, de préférence, dispo sés de part et d'autre d'un épaulement périphérique dudit coussinet et le galet inférieur reposant dans le fond de ladite crapaudine. 8. - Inst2l]aticn éolienne à axe vertical selon ltune quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que la poulie motrice calée sur lait axe ou arbre vertical comporte, sur sa face inférieure, une cavité dans laquelle est logée la partie supérieure du dispositif de butee à billes et de son système de lubrification selon lesdites revendications. 9. - Installation éolienne à axe vertical, notamment selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le socle de l'éolienne est constitué par un réservoir d'eau annulaire, de préférence pourvu de moyens électriques de chauffage et dans l'orifice axial duquel la portion inférieure dudit axe ou arbre vertical est montée tournante. 10. - Installation éolienne à axe vertical, selon la revendica- tion 9, caractérisée en ce que la base dudit réservoir comporte une chambre de chauffe annulaire dans laquelle circule un fluide, par exemple de l1huile, chauffé par une Installation de captage d'énergie solaire. 11. - I-nstallation éolienne à axe vertical, notamment selon l'une quelconque des revendications 1 à rC-, caractérisée en ce que le socle de ladite éolienne est constitué par le réservoir supérieur d'un empilage d'une pluralité de réservoirs modulables dots, chacun, d'une chambre de chauffe dans laquelle circule un liquide de chauffage, à l'exception,par exemple, du réservoir inférieur, et en ce que l'eau froide est introduite dans le réservoir inférieur et passe successivement dans les différents réservoirs su perposés, jusqu'au réservoir supérieur, tandis que le liquide de chauffage est Introduit dans la chambre de chauffe du réservoir supérieur et descend successivement dans la chambre de chauffe des réservoirs sous-jacents, jusqu'à celle du réservoir inférieur, ou jus qu'à celle du réservoir placé au-dessus de ce dernier; chacun desdits réservoirs étant équipé d'une sortie d'utilisation, de sorte oue ladite installation permet de stocker et de distribuer de l'eau dotée de caractéristiques thermiques et de pression dif récentes. 12. - Instàllation éolienne à axe vertical selon l'une quelconque des revendications 1-a 4, caractérisée en ce que les éléments de l'armature du rotor de ladite éolienne compo-tent un côté creux et un côté bombé ayant la même orientation que la concavité et la convexité, respectivement, des éléments @apteurs qu'ils soutiennent.