Brevet FR2434282A1 — publié le 19800321

La présente invention concerne un dispositif permettant, pour un zEme débit d'augmenter l'énergie recueillie par les déplacements naturels de l'air ou de l'eau dans les courants ou aux sorties de barrages. Les différents capteurs d'énergie éolienne, actuellement utilisés, sont d'un pria tellement élevé qu'il n'est pas d'amortissement compétitif dans un lieu, distant de moins de quatre kilomètres, d'une ligne électrique de distribution de courant. Il y a plus de dix ans, les Services de Recherches de 1'E.D.F ont abandonnées leurs études et réalisation d'appareils divers, dont certains atteignaient d'énormes dimensions. De même aux U.S.A Le dispositif suivant 11 invention permet, pour une maison individuelle située dans un lieu suffisamment venté,de produire non seulement sa consom- mation d'énergie électrique, mais de pouvoir renvoyer du courant dans la ligne électrique desservant son habitation. I1 se conçoit donc que,dans un pays utilisant une grande multiplicité du dispositif décrit, aurait à sa disposition une énergie éolienne non polluante et ceci gratuitement, puis- que les utilisateurs feraient les frais des installations, dlune part; l'é- nergie recueillie étant remboursée auxproducteurs, d'autre part. Les industries grosses consommatrices d'énergiepourraient diminuer leurs prix de revient,en utilisant l'énergie éolienne par des batteries judicieuse- ment disposées en des endroits ventés. En ce qui concerne l'énergie hydraulique, le dispositif suivant l'invention, lorsqu'il est plaçé dans un courant,permet de recueillir économi- quement de l'énergie pour un particulier et d'augmenter l'énergie recueillie à la pattie inférieure des barrages pour un même débit d'eau. La particularité principale de l'invention consiste à augmenter la vitesse du fluide apportant l'énergie et d'avoir, à l'endroit ou ce fluide circule à la vitesse maximum, une turbine recevant sur ses pales ou aubes, l'énergie du fluide moteur dont la poussée,qui est proportionnelle au cerrS de la vitesse du fluide, sera d'autant plus importante que la vitesse sera grande à la turbine. Ce qui, à puissance égale, permet de réduire considérablement le prix des éoliennes, par exemple, dont actuellement n'est uti lisée que la vitesse du vent environnant. Le dispositif, objet de l'invention décrite dans le présent brevet, malgré qu'il ne soit qu'à titre d'exemple, est destiné aux maisons indivi duelles et fa it l'objet d'études systhématiques pour abaisser son prix de revient,tout en veillant à sa sécurité et longévité. La figure 1 représente extérieurement et schématiquement l'éolienne constitué par un parallélipipèdelouvert a ses deux extrémités.2. Un arbre 3, disposé dans l'axe vertical du centre de gravité de l'en- semble équipé,supporte deux roulements étanches dont les extérieurs sont solidaires de I. Des empennages24 fixés à l'arrière de I, orientent l'en- semble pour que l'ouverture 2 soit toujours àce au vent,dans une direction quelconque. L'arbre 3 est fixé à la partie supérieure d'un support tubulaire 4 dont la partie inférieure est encastrée dans la maçonnerie, de la maison individuelle, largement renforçée à son endroit. Des haubans 5, fixés dans plusieurs directions d'une part sur le support 4 et d'autre part sur la maçonnerie de l'habitation,contiennent les efforts horizontaux du vent sur l'ensemble de I'émilienne. La multiplicité de ces haubans à différents niveaux permettant d'augmenter la hauteur de fonctionnement de l'géolienne, toutefois sans exagération et en tenant compte des vents maxis au lieu de l'éolienne, et des coups de vents. Toutefois, au cas ou l'éolienne soit soumise a des impératifs de lten- vironnement, elle peut être disposé sur un toit plat d'immeuble et à une hauteur suffisante pour qu'elle ne soit pas visible de la rue, par exemple. La figure 2 g sxn$ une coupe verticale schématique représentant le fonctionnement d'augmentation de vitesse du vent environnant, qui, entrant par l'ouverttire 2 circule dans un couloir entre les parois 6 dont le profil longitudinal est aérodynamique, suivant la technique longuement expérimentée en aéronautique, qui consiste à rendre l'ensemble léger par une armature de longerons t et cadres 8; cette nervuration permettant dtutili- ser des parois 6 très minces, formica, acier inox par exemple, dont la dureté superficielle et son poli résistent longuement à l'érosion due au passage de ltair plus ou moins chargé de particules solides, le sable par exemple. Le vent circulant à l'extérieur de l'éolienne provoque à sa sortie 9 une dépression facilitant le passage de l'air à l'intérieur d couloir aérodynamique entre les parois 6. C'est à l'endroit du maitre couple, 40 /I00 de la longueur totale du profil 6, que se situe l'axe du rotor de la turbine 10. La vitesse de l'air à cet endroit est egal à la vitesse du vent environnant multiplié par le rapport des surfaces en 2 et en IO,multiplié également par un rendement K qui est fonction de l'ensemble éolien fabriqué,ce rendement K ne pouvant être déterminé au maximum que par des essais ainsi que le rapport des surfaces en 2 et en 10. Les figures 3 et 4 représentent, schématiquement, le rotor de la turbine 101 Afin que la partie tournante soit allégée au maximum tout en résisau vent et à l'érision, l'acier inox pourrait être utilisé. La turbine 10 est constituée par un arbre 11 traversant de part en part et se fixant sur le caisson 1. Le rotor un tube I2 reposant et tournant a ses extrémités sur des roulements fixés sur l'arbre Il, le tube 12 ayant sa partie supérieure au même niveau que les parois inférieures 6 du couloir d'air à ltendroit du maitre couple, pour éviter tout ressaut dans la circule lation.Les aubes I3, figurées au nombre de huit, seraient par économie part briquées séparément et soudées d'une part sur le tube I2 et d'autre part -sur les rondelles flasques 14, elles mêmes soudées sur lé tube I2, le tout formant une poutre tournante de grande résistance et de faible inertie. Sur Sur une longueur I5 correspondant à la distance entre pales IZ, la paroi supérieure 6 du couloir d'air serait cylindrique avec le plus faible jeu possible, pour éviter l'intercommunicatioe entre les zones pression et dépression du couloir d'air. En période de froid, afin d'éviter la formation de givre sur le rotors i LEARBRE FIXE 11 est perçé pour recevoir les file d'une résistance électrique I6 fonctionnant en dessous de 00, et répendant sa chaleur par conduction et les orifices IZ, perçés dans le tube I2, à l'intérieur de chaque élément- d'aube I3. Ainsi que décrit pour la paroi supérieure du couloir 6 , la partie inférieure de la paroi serait également cylindrique à l'endroit de la turbine I0, avec un faible jeu mais en plus, un trou de mise à l'air libre 18, par lequel pourrait s'écoulerl'eau pnvenant de l'air en circulation ou du dé- gel provoqué par la résistance électrique 16. A l'extrémité du tube I2 du rotor est fixé une poulie I9 chargée de transmettre la puissance de la turbineIO,par l'intermédiaire d'une courroie trapézoidale 20, par exemple à un alternateur 21, figure 2. qui pourrait soit alimenter une batterie d'accus tampons, sâit être synchronisé avec le courant de la ligne électrique locale pour y envoyer sa puissance, ainsi que décrit au début de la présente invention.La synchronisation servant àla régularisation du nombre de tours/minute d. la turbine et l'eipechant de s'emballer en cas de tempête-. Le rapport entre la poulie 19 et la poulie de l'alternateur étant fonc- tion de la vitesse moyenne du vent au lieu ou est installé l'éolienne. Pour le cas d'une installation hydraulique dans un courant deauX le même dispositif peut être utilisé, mais avec des matériaux correspondant avec le contact de l'eau, des efforts et une érosion plus importante. La turbine 10 serait montée à la partie supérieure du couloir ou cir culerait l'eau et le trou I8 relié par un tube à l'air libre, pour éviter qu'un vide se produise sous la nappe d'eau et produise des turbulences dans le fonctionnement de la turbine à eau. En ce qui concerne l'utilisation des barrages d'eau ou marémotrices, les turbines fonctionnent actuellement avec la pression d'eau correspon- dant à la différence de niveaux entre celui du réservoir et celui de la turbine. La particularité principale de l'invention étant d'augmenter la vitesse du fluide parceque sa poussée est proportionnelle au carré de sa vitesse, compte tenu des pertes de charge; il est donc certain, qu'à débit égal, la puigEsance recueillie à ces barages serait considérablement augmentée en utilisant le dispositif suivant l'invention. Le conduit hydrodynamique décrit paurrait entre circulaire avec turbine au centre de la nappe, cette turbine étant extérieurement également hydrodynamique;mais il apparait qu'une turbine, utilisant une nappe plate, comme décrit dans la présente invention, serait beaucoup moins onéreuse en réalisation et en réparations,dues en genéral aux érosions. Le tube à l'air libre du trou I8 ayant un robinet de fermeture en cas d'arrêt intempestif de la turbine, pour éviter de remonter la sortie de ce tube au dessus du niveau du barrage. Revenant à l'éolienne figure 1 lorsqu'elle est montée sur un bâtiment, il serait bon que l'appui du tube 4 et les fixations des haubans 5 soient montés sur caoutchouc, pour éviter que les vibrations éventuelles de l'éolienne soient communiquées au bâtiment Les perfectionnements décrits et exposés ainsi que les figures du dessin ne le sont qu'à titre d'exemples, destinés à la compréhension du brevet et par conséquent non limitatifs; de plus chaque perfectionnement peut Titre employé séparément. REVENDICATIONS I - Dispositif permettant, pour un même débit, d'augmenter énergie receuillie par les déplacements de l'air, d'une part1 ou de l'eau dans les courants ou aux sorties de barrages. 2 - Dispositif selon la revendication 1. caractérisé par le fait que le moyen utilisé pour augmenter l'énergie-recevillie consiste à augmenter la vitesse du fluide utilisé,parce que sa poussée est proportionnelle au carré de sa vitesse. 3 - Dispositif selon la revendication 1 Caractérisé par le fait que le couloir ou circule le fluide est de profil aéro ou hydrodynamique,pour éviter les remous de ce fluide incompatibles avec la survitesse désirée. & - Dispositif suivant la revendication 3. Baractérisé par le fait qu'il est plus économique d'utiliser une nappe de fluide piate,actionnant une turbine avec aubes en étoile, ces aubes étant longitudinalement droites, comme la nappe. 5 - Dispositif suivant la revendication 3. Caractérisé par le fait que, sauf pertes de charge, l'aug- mentation de la vitesse du fluide est égale au rapport entre les surfaces d'entrée du fluide et la surface de passage au maitrecouple du profil ou est montée la turbine réceptrice.