Brevet FR2468003A1 — publié le 19810430

La présente invention concerne un appareil utilisant l'énergie des vents utilisants des rotors à flux transversal, c'est à dire dont les aubes motrices se déplacent dans la direction du vent. Plus particulièrement, on considerera, dans la suite, un appareil comportant des rotors de Savonius. On sait que dans les machines à aubes se déplaçant dans le sens du vent, c'est principalement la pression du vent qui agit, ce qui entraîne que, pour obtenir une grande puissance, il faille prévoir une section de prise directe du vent très importante. Toutefois, dans le cas particulier d'utilisation du rotor de Savonius, cette condition de grande section de prise est moins vraie, mais, pour obtenir une puissance intéressante, il faut tout de même prévoir une section de prise importante. Cette section de prise peut être obtenue en augmentant les diamètres des rotors. Toutefois, on se heurte alors à des problèmes de contraintes mécaniques bien connus, principalement dûs à l'effet centrifuge. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un appareil comprenant une pluralité de rotors de Savonius, dont la somme des sections de prises prend une valeur importante étant donnés le nombre des rotors. Un autre objet de la présente invention consiste à prévoir un appareil qui s'oriente de lui-même dans le lit du vent. On sait que, dans les rotors dont les aubes se déplacent dans le sens du vent, une partie seulement de l'aubage est motrice, l'autre partie créant une traînée. Un autre objet de l'invention consiste à prévoir un appareil permettant de rendre simultanément motrices les deux parties des rotors. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un appareil utilisant l'énergie du vent, à rotors dont les aubes motrices se déplacent dans la direction du vent, comprenant deux groupes de rotors, dans chaque groupe les rotors étant alignés verticalement avec leurs axes dans un même plan, les plans des deux groupes formant un dièdre en V dont l'arrête est face au vent. Suivant une autre caractéristique, l'arrête du dièdre est montée sur un pivot vertical. Suivant une autre caractéristique, sous le dièdre, est prévue une manche à air, symétrique par rapport au plan bissecteur du dièdre, l'entrée de la manche à air se trouvant sensiblement sous l'arrête du dièdre face au vent et la sortie de la manche à air se trouvant à l'intérieur du dièdre dirigée vers l'arrête du dièdre. Suivant une autre caractéristique, entre l'entrée et la sortie de la manche à air, celle-ci comporte une partie à section plus faible formant tuyère. Suivant une autre caractéristique, des moyens de régulation sont prévus pour réduire l'angle du dièdre quand la vitesse du vent croît et pour l'augmenter quand la vitesse du vent décroît, des limites angulaires minimale et maximale étant prévues. Suivant une autre caractéristique, des moyens sont prévus pour réduire la section de l'entrée de la manche à air quand la vitesse du vent croît et pour l'augmenter quand la vitesse du vent décroît, des limites de section minimale et maximale étant prévues. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. l est une vue schématique en plan, avec coupe partielle, de l'appareil suivant l'invention, la Fig. 2 est une vue schématique en coupe verticale de l'appareil de la Fig.l, la Fig. 3 est une vue schématique de front de l'appareil de la Fig. 1, et la Fig. 4 est un schéma illustrant les moyens de régulation de l'appareil. L'appareil de la Fig. 1 comprend deux réseaux plans 1 et 2 de rotors de Savonius 3.1 à 3.9, pour le réseau 1, et 4.1 à 4.9, pour le réseau 2. Il est connu qu'un rotor de Savonius se compose d'un axe 5, de deux flasques circulaires 6 montées aux extrémités de l'axe 5 et entre lesquelles sont prévues deux aubes 7 et 8 dont la section est sensiblement en arc de cercle et qui sont disposées symétriquement par rapport à l'axe 5. Les axes 5 des rotors sont, dans les réseaux 1 et 2, verticaux et peuvent tourner dans des paliers montés dans des barres horizontales hautes et basses 9 et 10. Les aubes des rotors 3.1 à 3.9 et les aubes des rotors 4.1 à 4.9 sont orientées de manière à faire tourner les rotors du réseau 1 dans le sens des aiguilles d'une montre, en regardant la Fig. 1, et les rotors du réseau 2 en sens inverse. Entre les flasques supérieures des rotors et la barre hoorizontale haute 9, sont prévus, également solidaires des axes 5, des pignons dentés 11. Comme le montre la Fig. 2, les barres horizontales 9 et 10 sont réunies par des montants verticaux 12 et 13. De plus, les extrémités des barres 9 et 10, voisines des montants 12, sont respectivement, pour les barres du réseau 1, montées pivotante autour d'un axe vertical 14 et, pour les barres du réseau 2, autour d'un axe vertical 15. Les axes 14 et 15 sont montés entre deux plaques horizontales d'allure triangulaire 16. Chacun des axes 14 et 15 porte, à son extrémité supérieure un pignon denté, soit le pignon 17 sur 14 et 18 sur 15, plus un générateur de courant, soit 19 sur 14 et 20 sur 15. Les plaques 16 sont portées par un axe vertical fixe 21. Les montants 13, montés aux autres bouts des barres 9 et 10, sont portés par des roues 22, pour le réseau 1, et 23, pour le réseau 2.Les roues 22 et 23 peuvent rouler sur un chemin de roulement 24 qui forme une couronne circulaire étroite, dont le centre coïncide avec la projection de l'axe fixe 21. La distance entre les a & s1et 15 est petite, mais doit être suffisante pour que les dispositifs tournants respectivement sur ces axes ne se touchent pas. Normalement, les roues 22 et 23 sont relativement éloignées l'une de l'autre pour que les réseaux 1 et 2 forment un dièdre dont l'arête coïncide sensiblement avec l'axe 21, les projections verticales des réseaux formant un V dont la pointe est dirigée face au vent, dont la direction est indiquée par les flèches F1. Entre les extrémités des barres 13, voisines des roulettes 21 et 23, est monté un dispositif écarteur 25, qui, à la Fig. 1, est symbolisé par un ressort travaillant à la compression. L'extension du ressort écarteur 25 est limitée par un dispositif 48 qui est symbolisé par un U très large. Les barres 49 joignant les barres 13 aux extrémités du ressort 25 passent à travers les branches repliées du U. Quand le dièdre se referme, le ressort se comprime à l'intérieur du U. Bien entendu, on peut utiliser des moyens équivalents plus élaborés que le ressort 25 et le U 48 pour maintenir le dièdre ouvert. A la Fig. 1, on a représenté le dièdre ouvert avec son angle maximal. Au montant 12 du réseau 1, est fixée une plaque 26 dont la section horizontale est courbe et qui s'étend sur toute la hauteur du réseau. De même, au montant 12 du réseau 1, est fixée une plaque 27 semblable à 26. Les plaques 26 et 27 ont leurs parties libres qui se recouvrent devant l'axe 21. Quand l'angle du dièdre formé par les réseaux varie, ces parties libres glissent l'une sur l'autre et empêche le vent de s'engouffrer entre les deux réseaux dans la direction de F1. Entre les rotors de Savonius, sont montés des barreaux verticaux 28 dont les extrémités sont respectivement fixées aux barres horizontales 9 et 10. Les barreaux 28 ont pour effet d'isoler, en ce qui concerne les courants d'air, l'intérieur de l'extérieur du dièdre. La section horizontale des barreaux 28 peut épouser plus ou moins la forme des cylindres décrits par les bords externes des aubes 7 et 8 des rotors. Les pignons 11 des rotors du réseau 1 sont mécaniquement reliés entre eux, ainsi que le pignon 17, par une chaîne 29 de manière à ce que les pignons 11 entraînent le pignon 17 qui lui-même entraîne l'axe du générateur de courant 19. Les fils de sortie du générateur de courant 19 passent dans un joint tournant 30 monté sur l'axe 21 pour délivrer le courant électrique produit quelle que soit la position du dièdre par rapport à l'axe 21. De même, les pignons 11 des rotors du réseau 1 sont mécaniquement reliés entre eux, ainsi qu'au pignon 18 par une chaîne 31 de manière que les pignons 11 entraînent le pignon 18 qui lui-même entraîne l'axe du générateur de courant 20. Les fils de sortie du générateur de courant 20 passent dans le joint tournant 30. En fonctionnement, par vent modéré, l'angle du dièdre peut être voisin de celui montré à la Fig. 1, c'est à dire être de 400 environ. Le plan bissecteur 32 du dièdre est parallèle au vent. I1 apparaît que le rotor 3.1 masque la partie non efficace du rotor 3.2, que le rotor 3.2 masque la partie inefficace du rotor 3.3, et ainsi de suite. On obtient donc sur le réseau 1 comme sur le réseau 2 un effet de masquage qui annule l'effet du vent sur les parties non efficaces des rotors. Par conséquent, on annule également la traînée de ces parties inefficaces et donc les rotors ont une meilleur efficacité. I1 apparaît que, si l'angle du dièdre se referme,le rotor 3.1 va masquer également partiellement la partie motrice du rotor 3.2, le rotor 3.2 va masquer partiellement la partie motrice du rotor 3.3, etc. Par contre, au-delà d'un certain angle, le rotor 3.1 ne masque plus partiellement la partie non efficace du rotor 3.2, le rotor 3.2 ne masque plus que partiellement la partie non efficace du rotor 3.3, etc.Il résulte de ces considérations que l'angle maximal du dièdre doit être voisin de celui pour lequel chaque rotor masque la partie non efficace du suivant sans masquer même partiellement la partie motrice de ce dernier. Le ressort 25 tend à écarter les réseaux 1 et 2 pour que le dièdre prenne son angle maximal. Quand le vent augmente, la pression augmente sur les faces externes des reseaux 1 et 2, ce qui tend, contre l'action du ressort 25, à refermer l'angle du dièdre. I1 en résulte alors une moindre efficacité du réseau qui se traduit par un ralentissement des rotors. On a donc, par la combinaison des réseaux de rotors de Savonius montés en dièdre et le dispositif écarteur 25, un effet de régulation sur la vitesse des rotors, ce qui est très important, comme il est bien connu dans les techniques de ces appareils utilisant l'énergie des vents. Par ailleurs, vu le montage des pivots 14 et 15 sur les plaques 16, elles-mêmes montées pivotantes sur l'axe fixe 21, l'appareil s'oriente naturellement dans le lit du vent. L'appareil comprend encore une manche à air 33 comportant une large entrée d'air 34 dont le plan est normal au plan bissecteur 32 et se trouve au voisinage de l'axe 21. La partie entrante de la manche 33 est située au-dessous du dièdre 1-2, une partie intermédiaire 35 horizontale présentant un rétrécissement important, suivie d'une partie divergente 36 montant verticalement, laquelle conduit à l'ouverture de sortie 37. Le contour de la sortie 37 se trouve entièrement entre les niveaux supérieur et inférieur du dièdre, d'une part, et les montants 13 des réseaux 1 et 2, d'autre part. Ainsi l'air entrant dans la manche par l'entrée 34 est renvoyé par la sortie 37 à l'intérieur du dièdre dans la direction des flèches F2. Le courant d'air sortant de 37 agit sur les aubes des rotors des réseaux 1 en ajoutant son action à celui du vent.Les considérations mentionnées ci-dessus en ce qui concerne les masquages sont également vraies en ce qui concerne le courant d'air sortant de 37. La manche 33 est portée par une structure solidaire de la plaque inférieure 16 du dièdre, le plan vertical de symétrie de la manche coincidant avec le plan bissecteur 32. La partie intermédiaire 35 est supportée par un pied 38 monté sur une roue 39 qui roule sur le chemin de roulement 24. De cette manière la manche tourne en même temps que le dièdre et a son ouverture 34 toujours face au vent. Comme le montre la Fig. 3, l'ouverture 34 est déterminée par les bords de six plaques 40 à 45. Les plaques 40 à 45 sont mobiles et peuvent prendre soit la position indiquée en traits pleins soit une position indiquée en traits tirets, soit encore des positions intermédiaires. I1 apparaît qu'en faisant varier les positions des pla ques 40 à 45, on peut faire varier la section de l'entrée 34, ce qui permet une régulation. Les plaques peuvent être déplacées par des moyens tels que des vérins qui sont commandés par des moyens de commande 46 indiqués à la Fig. 4. A titre indicatif, les plaques 45 et 41 peuvent être reliées par des charnières, montées sur leurs bords supérieurs, aux bords de la plaque 40, et, de même, les plaques 42 et 45 peuvent avoir leurs bords inférieurs reliés par des charnières aux bords de la plaque 43 horizontale comme 40. Les bords libres de 44 et 45 glissent sur un plan 47 pour obtenir l'étanchéité et de même les bords libres de 41 et 42 glissent sur le plan 47. Dans l'exemple de réalisation montré, la sortie 37 de la manche à air se compose de deux plaques horizontales 49 et 50, sensiblement rectangulaires, et deux plaques verticales 51 et 52. Les plaques 51 et 52 sont respectivement montées pivotantes sur des axes 53 et 54. Leur hauteur est égale à la distance entre les plaques 49 et 50. Ainsi, quand elles pivotent autour de 53 et 54, les plaques 51 et 52 ont leurs bords inférieurs et supérieurs en contact avec les plaques 49 et 50. Les bords avant des plaques 51 et 52 sont respectivement reliés aux barres 13 des réseaux 1 et 2, par des biellettes 55 et 56 dont les extrémités pivotent sur des axes liés soit aux plaques 51 et 52, soit aux barres 13. Vu en plan, l'angle entre la biellette 55 et la plaque 51 a toujours son sommet vers l'intérieur par rapport à la droite joignant 53 à 13. Evidemment, comme à la Fig. 1, on a supposé le dièdre ouvert au maximum, l'angle de 55 et 51 apparaît presque plat: I1 en est de même pour 56 et 52. Ainsi, quand le dièdre des réseaux 1 et 2 se referme sous l'action du vent, les barres 13 entraînent les biellettes 55 et 56 qui entraînent les plaques 51 et 52, lesquelles se referment. Ainsi, l'air sortant de la manche débouche toujours à l'intérieur du dièdre. A la Fig. 4, on a représenté le ressort 25, avec entre ses extrémités 57 et 58, un dispositif 59 qui détecte leur distance mutuelle et délivre un signal électrique qui sert à commander des vérins 60 servant à agir sur les plaques 40 et 43 pour ouvrir plus ou moins l'entrée de la manche à air. Bien entendu, au lieu d'un simple ressort 25 comme moyen écarteur, on peut utiliser des moyens plus complexes qui permettent de lier l'angle du dièdre à la pression du vent ou à la vitesse des rotors suivant une loi plus complexe. De même, la rela tion entre l'ouverture de la sortie 37 et celle de 34 peut être linéaire ou non. Pour des raisons de sécurité, l'ouverture 34 peut être fermée avant que le dièdre ne prenne son angle minimal. REVENDICATIONS 1) Appareil utilisant l'énergie du vent, à rotors dont les aubes motrices se déplacent dans la direction du vent, caractérisé en ce qu'il comprend deux groupes de rotors, dans chaque groupe les rotors étant alignés verticalement avec leurs axes dans un même plan, les plans des deux groupes formant un dièdre en V dont l'arête est face au vent. 2) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'arête du dièdre est montée sur un pivot vertical. 3) Appareil suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, sous le dièdre, est prévue une manche à air, symétrique par rapport au plan bissecteur du dièdre, l'entrée de la manche à air se trouvant sensiblement sous l'arête du dièdre face au vent et la sortie de la manche à air se trouvant à l'intérieur du dièdre dirigée vers l'arête du dièdre. 4) Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que, entre l'entrée et la sortie de la manche à air, celle-ci comporte une partie à section plus faible formant tuyère. 5) Appareil suivant une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que des moyens de régulation sont prévus pour réduire l'angle du dièdre quand la vitesse du vent croît et pour l'augmenter quand la vitesse du vent décroît, des limites angulaires minimale et maximale étant prévues. 6) Appareil suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour réduire la section de l'entrée de la manche à air quand la vitesse du vent croît et pour l'augmenter quand la vitesse du vent décroît, des limites de section minimale et maximale étant prévues. 7) Appareil suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'ouverture de la sortie de ladite manche à air vers le dièdre est, latéralement, commandée suivant l'angle du dièdre pour toujours délivrer l'air à l'intérieur de celui-ci.