Brevet FR2473123A1 — publié le 19810710

La présente invention concerne les convertisseurs d'6nergie éolien ne en énergie mécanique ou thermique utilisable. Les dispositifs connus de ce genre présentant tous la particu laité d'être couteux et dangereux. En effet, l'energie éolienne croissant avec la hauteur à laquelle elle est captée nécessite de surélever les pylones supportant les éoliennes à axe horizontal ou d'augmenter l'élancement des rats des éoliennes à. axe vertical. Ces dispositions sont mal adaptas à une conversion économique de l'énergie éolienne, et la grande vitesse de rotation des pales peut provoquer en cas de rupture des dégats ou des accidents desastreux Par ailleurs, la surface occupée au sol est toujours importante et leur installation nécessite donc de neutraliser une zone de terrain conséquente. Enfin , les convertisseurs mécaniques ou thermiques associés sont ni adaptés aux capteurs éoliens: les pompes alternatives ntoes- sitent une puissance de commande variable au jazzcours du cycle comp- let ce qui est contraire au fonctionnement des capteurs ci-dessus, et les convertisseurs thermiques directement accouplés ne permet tent pas d'éloigner l'éolienne du point d'utilisation car les pertes thermiques ddes à la longueur des canalisations deviennent considérables. Le dispositif selon l'invention évite ces inconvénients. En effet, il ne comporte qu'une seule pale oscillante articulée en un point situé près du sol. L'énergie captée est ainsi maximale. Sur les figures 1 , 2 et 3 planche 1 sont représentées 3 types.d'éoliennes et une courbe caractéristique de l'énergie du vent en fonction de la hauteur. On y remarque que l'éolienne selon l'invention est la mieux adaptée à la collecte du maximum d'énergie. La surface occupée au sol est très faible comme le montrent les iigures 4,5 et 6, car cette éolienne ne tourne pas autour d'un pivot vertical. ( planche 2). In cas de rupture, cette disposition réduit la surface des zones dangereuses. Enfin, le mouvement alternatif est bien adapté à la circulation des fluides, qu'elle soit purement alternative coite pour le chauffage par dissipation hydraulique de chaleur, qui sera décrit ci-aprbs, ou continue ra-is fluctuante comme dans le cas des poupes dites alternatives. Le dispositif selon l'invention colporte une seule pale rectan gilaire à profil aérodynamique sans courbure. Elle pivote autour d'un axe situé i l'une de ses extrémités, paral lèle à l'axe général de la pale, et situé k environ le quart avant de la profondeur du profil. Cette disposition a pour effet de maintenir automatiquement l'incideace de l'aile à sa valeur optimale, qui se situe à la limite du décrochage. En effet, certains profils aérodynamiques dont les profils NACA 0008 i 0018, présentent la caractéristique d'avoir un centre de poussée se déplaçant d'avant en arrière selon l'incidence, tout On restant dans le premier quart avant de la profondeur. Dès que l'aile décroche, le centre de poussée se déplace brusque sent vers l'arrière. Selon l'invention, cette disposition perlez d'obtenir la poussée aérodynamique la plus élevée, quelque soient les vitesses relatives du vent et de la pale. Cet axe tourillonne dans un palisr fixé k un balancier oscillant selon un axe perpendiculaire k l'axe précédent et situé près du sol. Selon 11 invention, le balourd de la pale par rapport k son axe de rotation est équilibré par un contrepoids réglable et l'ensem- ble est ensuite équilibré par rapport à l'axe horizontal par un contrepoids situé aussi près que possible de cet axe afin de réduire l'inertie globale. Une cale liée à la pale, en forme de fer de lance arrondie symétrique vient, lorsque la pale oscille, au contact d'un galet fixé au bati. Ceci fait pivoter la pale de manière à ce que les efforts aérodynamiques changent de sens. la pale oscille donc sous l'effet des efforts aérodynamiques en sens inverse et la campe vient alors au contact d'un autre galet placé symétriquement par rapport au plan vertical passant par l'axe horizontal et dont l'effet est similaire au précédent. L'ensemble prend donc un mouvement de balancement. Selon l'invention, un vérin oscillant k tige traversante d'une part lié par sa tige au balancier d'autre part au bati par un axe de pivotement parallèle k l'axe horizontal général de l'éolienne, convertit l'énergie cinétique en énergie hydraulique. Selon l'invention, cette énergie hydraulique est transportée puis dégradée dans un ou plusieurs étranglements convertissants ainsi lenergie récup6.de en chaleur0 Le mouvement alternatif du fluide évite les fuites thermiques ar la chaleur n'est produite qutau droit des étranglFments, et ne circule pas dans l'ensemble des tuyauteries. Selon l'invention, ce mouvement oscillatoire du fluide permet d'utiliser 3 liquides distincts séparés par des pistons libres mobiles ou plus naturellement par l'adoption de fluides non miscibles et de densité différentes. Ainsi le fluide en contact avec le vérin est un fluide de bonne performance de frottement hydraulique, le fluide compris dans les conduits de transport est choisi parmi les fluides peu onéreux et peu visqueux afin de réduire les pertes d'énergie et dX diminuer le diamètre des conduites. Le dernier fluide est choisi parmi les fluides ayant une stabilité en température excellente, permettant ainsi un stockage de chaleur à haute température donc de faible cott. Ude variante selon l'invention, consiste à supprimer la came et les galets précédents, la pale étant légèrement déséquilibrée de manière à ce que son centre de gravité soit placé en arrière de l'axe de rotation, à réduire ou supprimer le contrepoids d'équi librage de l'ensemble, et à compenser le déséquilibrage ainsi réa lisé par un ressort constitué d'un ensemble piston - liquide gaz, les points de liaison de l'axe du piston et de l'arrière du piston étant situés dans un plan passant par l'axe horizontal de pivotement de l'ensemble des parties mobiles. Cette disposition ne comprend plus qu'un seul tube de transfert de fluide. L'éolienne selon l'invention, assure Ùn autofreinage par grand vent réalisé par la suspension élastique soit des paliers de pivo turent horizontal soit du bras de pivotement de la pale sur son ase horizontal. Dans Ion deix cas, la poussée aérodynamique par grand vent s'ef- fectuant selon un axe quasi-parallèle k l'axe horizontal, les ensembles mobiles ci-dessus s'inclinent d'avant en arrière. Un disque fixé au bras de pivotement et centré sur l'axe horizontal vient alors en contact de garnitures de freins assurant ainsi la limitation de la vitesse maximale de l'éolienne et la réduction des efforts aérodynami4ues, la pale présentant alors une poussée axiale moindre. loi dessins annexés illustrent à titre d'exemples non limitatifs, doux iodes de réalisation du dispositif conformes à la présente invention. les iigures 7,8,9 et 10 planches 3, 4, et 5 correspondent à l'éo- lionne munie de came et d'un contrepoids et au procédé de chauffage y afférant. la pale 1 est articulée sur le pivot 2. Son bord d'attaque est situé ers la gauche, dans la vue en plan. le pivot 2 est solidaire du tourillon 3 du contrepoids 4 et du bloc de caoutchouc 14. Une bague formant palier 16 est vulcanisée sur le bloc de caoutchouc 14 et tourillonne sur l'arbre 15. Le vérin k double effet 6, k tige traversante, est fixé au bati 12, par l'axe 18, et au balancier constitué des éléments 2,3,4,14,16 par l'axè 19. Le bati 12 comporte les garnitures de freinage en 5 et 11 venant en contact avec le tourillon 3. la came 7, solidaire du palier de tourillonnement de l'aile, comporte la masse d'équilibrage 13. Cette came vient, au cours du mou vent oscillatoire de l'aile, en contact alternativement avec les galets 8, tournant autour des pivots 9, eux mêmes fixés sur les barres de torsion 10, qui atténuent ainsi les efforts dOs au ralen tisiement du mouvement. la figure 8 explicite la cinématique du mouvement, selon une vue correspondant au déploiement linéaire de l'arc d'oscillation, vu de dessus. la iigure 9 montre une vue d'ensemble du dispositif de captage. la figure 10 décrit le système de chauffage adapté à cette éolienne. Un premier fluide hydraulique, par exemple de l'huile minérale est alternativement aspiré et refoulé par les conduits 20 et 21, un deuxième liquide, par exemple de l'eau glycolée, non miscible avec le premier et plus dense, remplit les conduites d'amenée 22 et 23 au réservoir de chaleur calorifugé 25, constitué soit de sable g de galets ou de tout autre matériau. Les conduites 22 et 23 ainsi que 20 et 21 comportent une partie verticale suffisante pour que jamais il n'y ai de mélange dans la partie horizontale. Uùe vanne 26 9 cosande manuelle pernet d'interrompre la circula tion et par cela d'immobiliser l'éolienne0 Les conduites 22 et 23 sont ensuite raccordées aux conduites 27 et 28 de longueur suffi santes et noyées au sein du réservoir de chaleur 25. De la même manière que précédemment, une partie verticale permet de séparer le troisième fluide, moins dense et non miscible au second, qui conserve ses propriétés pour des températures relati vement élevées, tel que les huiles silicones ou les composés fluors Une vanne d'étranglement réglable 29 convertit le travail mécanique de pression en chaleur0 Cette chaleur est ensuite utilisée par le circuit échangeur 30 d'un modèle connu. La figure 11 planche 6 correspond à l'éolienne sans contrepoids désignée éolienne i mouvement libre, et précédemment décrite com- me variante de l'invention. Elle comprend la pale 1 et un contrepoids réglable 31, réglé de manière à ce que le centre de gravité soit situé en arrière de l'axe du pivot 2. Cette disposition donne i la pale l'angle dtinci- dence nécessaire à son mouvement lorsque sa vitesse se ralentit et swinverse. La balancier 32 pivote sur deux paliers 33 et 34 muni de plots de caoutchouc 35 et 36. Lorsque la vitesse du vent est trop élevée l'ensemble s'incline venant mettre en contact l'un des plans 37 ou 38 avec les garnitures 39 ou 40. Le balancier est lié par un système de bielle manivelle 41, à un vérin simple effet 42, lui même lié au bati par l'axe 43. Les liaisons 41 et 43 sont positionnées de manière à ce que lorsque l'éolienne est verticale, l'arbre horizontal et l'ensemble 41 et 43 se trouvent dans un même plan. Ansi le fluide de la conduite 44 se trouve poussé lorsque la pale quitte la verticale, et aspiré lorsque la pale revient vers la verticale. frein de fin de course 45 et 46 constitué d'un mécanisme amor tisseur connu, amortit les mouvements de grande amplitude en cas de nécessité. le profil vertical de la conduite 44 permet d'utiliser comme précédeMent 3 fluides k performances adipthes. Cette conduite se termine par un serpentin 48 inclus dans un réservoir de chaleur 49. Une vanne 47 permet de régler l'étranglement du fluide. Ce serpentin 4 8 se poursuit ensuite par un vase placé en partie haute 50, comportant l'air ou un gaz inerte et faisant office de ressort d'un type connu d'amortisseur hydraulique. Une vanne 48 située sur la conduite 51 permet d'arrêter tout mouvement du fluide et de l'éolienne. REVENDICATIONS 1Dispositif permettant de convertir l'énergie du vent en énergie mécanique et thermique caractérisée par le fait que le moyen destiné k convertir l'énergie du vent est une pale unique à mou vement vertical plan oscillatoire qui met en mouvement le liquide d'un vérin et des conduites qui y sont raccordées afin d'utiliser ce mouvement pour le pompage ou pbur le chauffage, ce dernier étant assuré par un étranglement situé sur le parcours du liquide. 2 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen de captation du vent est une pale à prof il aérodynamique, tournant librement autour d'un axe parallèle à l'axe général de son envergure et situé au quart avant du profil. 3 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen destiné à assurer le mouvement de pivotement alternatif est constitué d'une came fixée à l'aile, de deux galets amortis fleurs et d'un contrepoids d'équilibrage 4 Dispositif selon revendication I caractérisé par le fait que le troyen destiné à freiner les mouvements de l'aile lorsque la vites se du vent est trop élevée est constitué d'une suspension de 1' arbre de pivotement horizontal réalisée par des blocs de caout chouc et de deux disques venant au contact de deux garnitures de freins. 5 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen destiné à arrêter le mouvement est constitué d'une vanne. 6 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen destiné à assurer le chauffage est constitué d'un ou plu sieurs étranglements réglables placés au sein de l'accumulateur de chaleur. 7 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen destiné à limiter le débattement de l'aile est constitue d!ur. étranglement automatique situé entre la tige du piston et un ilasque. 8 Dispositif selon revendication l caractérisé par le fait que le moyen destiné k assurer la liaison hydraulique est constitué de 2 k 3 liquides choisis pour laurs caractéristiques particullèrest et animés d'un mouvement alternatif. 9 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen de conversion dù mouvement oscillatoire alternatif est cons titué d'une pompe alternative monocylindrique du type vérin hy drauXtque. 10 Dispositif selon revendication i aractérisé par le fait que le moyen de transmission de l'énergie est assuré par une seule con duite reliée d'une part au vérin et d'autre part à un étranglement suivi d'un accumulateur hydropneumatique. 11 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le moyen destiné à assurer le mouvement de pivotement alternatif peut être aussi constitué d'un vérin et d'un accumulateur hydropneumatique.