Brevet FR2484554A3 — publié le 19811218

FR 2484554 A3 19811218 FR 8007186 A 19800331 La présente invention concerne un ensemble de dispositifs permettant la production d'énergies calorifique et électrique à partir de la rotation d'un arbre d'aérogénérateur à axe vertical tout en régularisant sa vitesse. L'énergie éolienne captée à l'aide des moulins à vent dans le XIè siècle a contribué, par ses multiples utilisations, au développement économique de notre pays. En effet, qu'ils soient moulins à céréales, à huile, à broyer les pierres à plâtre, à marteler le fer ou martinet, à pomper l'eau, à fouler le chanvre ..., ils se sont élevés sur les collines et dans les vallées ventées et se sont parfaitement intégrés dans notre paysage. Bien entendu, la grande révolution industrielle avec l'apparition des moteurs thermiques et l'utilisation des eombustibles fossiles a considérablement diminué l'intérêt de ces appareils à énergie gratuite mais à puissance limitée. Les capteurs éoliens actuels participent parfois au pompage de l'eau dans nos campagnes ou produisent une faible quantité d'énergie électrique dans les sites peu accessibles, ou encore deviennent la seule source possible d'énergie sur les balises en mer et montagne. Le sujet de la présente invention découle de l'utilisation du couple moteur transmis par l'axe vertical d'un aérogénérateur à pales droites par un convertisseur mécanothermique à écartement de rotor variable commandé par un régulateur et l'association d'un multiplicateur, le rotor faisant office de grande roue du ler étage du multiplicateur ; le tout baignant dans un liquide permettant la lubrification des roulements et engrenages et le transfert des calories dégagées. Les dispositifs décrits ci-après permettent une production de ehaleur, tout en évitant l'emballement du rotor de l'aérogénérateur et l'entrainement d'une génératrice électrique. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description qui suit, donnée à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure l est une vue schématique d'un aérogénérateur à axe vertical montrant les positions relatives des éléments permettant la production de chaleur et d'électricité. Le rotor R, fixe au sommet d'un pylône M, entraine en il un arbre vertical. Ce dernier, dans une cuve calorifugée 12, fait tourner le rotor à ailettes du convertisseur et entraine également les 2 étages du multiplicateur dont l'arbre sort de la cuve en 13. C'est sur cet arbre 13 qu'est fixée la génératrice électrique directement si elle est en courant continu, ou le dispositif de régulation si la génératrice est destinée à produire du courant à 50 ou 60 périodes. - la figure 2 montre les détails de la cuve précédente 12. L'arbre 11 entraine dans sa rotation les masselottes du régulateur centrifuge 21 qui, en s'écartant, tendent à soulever le fourreau porte-rotor à ailettes 23, qui, de ce fait, se rapproche du stator à ailettes 24, en offrant un couple de plus en plus résistant à la rotation, tout en dégageant, par effet Joule, des calories dans le liquide. Sur la périphérie du rotor est fixée une roue à dentures droites qui entraine un premier étage de multiplication 25 entrainant à son tour un second étage 26.L'arbre 13 tourne à la vitesse choisie qui est fonction de l'utilisation retenue, soit ltentrainement d'une génératrice à courant continu G qui peut alors servir de moteur de lancement du rotor en supprimant l'embrayage centrifuge 27, soit l'entrainement d'un compresseur soit à l'aide de l'embrayage centrifuge 27, la rotation d'une pompe hydraulique qui, aidée par un régulateur hydraulique, permet l'entrainement d'un moteur hydraulique à vitesse constante sur l'arbre duquel peut s'adapter une génératrice électrique à 50 ou 60 Hz. Quelle que soit la solution électrique choisie, la batterie tampon 22 assure soit le stockage de la production globale, soit l'alimentation des asservissements. A l'aide de l'échangeur 28 l'eau de chauffage ou sanitaire est évacuée en 29. En cas de surproduction ou de non utilisation de l'énergie calorifique, un radiateur R à moto ventilateurs électriques alimentés par la batterie 22 entre en action par les vannes 3 voies à commande thermostatiques 27. - la figure 3 représente la vue schématique d'une utilisation mixte chauffage à eau chaude et énergie électrique en triphasé 220/380 v. L'arbre 13 n'entraine la pompe hydraulique 32 que lorsque sa rotation atteint un seuil pré-établi sur l'embrayage centrifuge 31. L'huile HP alimente le moteur hydraulique 34 et le régulateur hydraulique 33 dérive l'excèdent d'huile dans le bac 36 afin d'obtenir une vitesse constante prédéterminée en fonction du type de génératrice choisi 540 t/mn, 750 t/mn, 1.500 t/mn, etc ... Le tout, bien entendu, quelle que soit la vitesse de l'arbre 13 au-dessus du seuil déterminé sur l'embrayage 31. Dans ce cas, l'arbre 11 de l'aérogénérateur est lancé à la demande par un classique démarreur 39 sur une couronne dentée 38. Il est à remarquer que l'utilisation de ce type de transmission hydrostatique entraine l'adjonction d'un bac 36 isolé de la portée chaude voisine et refroidi de surcroît par les ailettes 37. Bien entendu, il est possible. suivant la puissance désirée, e'est-à-dire les dimensions du rotor, la hauteur du pylône support, . les conditions climatiques du site d'implantation, vents réguliers faibles, moyens, forts, les utilisations de l'énergie éolienne disponible, chauffage, électricité d'appoint ou les deux, énergie pneumatique, etc les possibilités de surveillance et d'entretien, de choisir les dispositifs les mieux adaptés ou leurs associations. Le but de l'invention est de vulgariser l'utilisation des aérogénérateurs partout où leur implantation est possible et rentable. La description qui précède n'est pas limitative, en effet, l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre. REVENDICATIONS l - Convertisseur mécanothermique caractérisé en ce qu'il permet à la fois sur tous les types d'aérogénérateurs à axes verticaux une régulation automatique du couple résistant plus "pointue" en haute vitesse. En effet, la puissance absorbée (ici calorifique par effet Joule) est proportionnelle au cube de la vitesse de ro tation de l'arbre. Or, cette même puissance est proportionnelle à l'écartement du rotor 23 et du stator 24 de la figure 2, mais le rapprochement de ces deux plateaux à ailettes pour le régulateur est fonction du carré de cette même vitesse de rotation. En fonc tion du seuil maximum de fonctionnement (vitesse de rotation du rotor maximum admissible) il est possible de choisir le poids des masses 21 du régulateur et protéger efficacement le rotor de l'aé rogénérateur. une multiplication de la vitesse de l'arbre de l'aérogénérateur, qui est obligatoirement de plus en plus faible lorsque le diamètre du rotor augmente pour les moyennes et fortes puissances, le ren dant absolument nécessairepour l'entrainement efficace du généra teur électrique. Or, ici, ctest sur le périmètre du rotor 23 qu'est fixée la roue dentée à engrenage droit du premier étage de multiplication 25. 2 - Convertisseur mécanothermique à régulateur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il peut être réduit à un simple ralentissement hydraulique lorsque seule la récupération de l'énergie électrique est recherchée. Le multiplicateur a un rôle également important, toute l'énergie calorifique étant dissipée volontairement (cuve à ailettes de refroidissement). 3 - Convettisseur mécanothermique à régulateur selon la revendication l caractérisé en ce qu'il est recherché en priorité de l'énergie calo rifique et accessoirement pour les asservissements une faible pro duction électrique en courant continu avec batterie tampon. La cuve 12 de la figure i est soigneusement calorifugée, l'échangeur 28 et le dispositif 27, 29 et R de la figure 2, sont mis en place. L'em brayage centrifuge 31 n'est plus utile, ni d'ailleurs le démarreur 39 et 38 de la figure 3. Seule une génératrice à courant continu, pouvant servir de moteur de lancement, est à retenir. 4 - Convertisseur mécanothermique à régulateur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que sont recherchées à la fois l'énergie calorifique et l'énergie électrique sous la forme de tension al ternative directement semblable au réseau (50 ou 60 Hz). Pour ce faire, l'ensemble cuve 12 et échangeur 28 et les accessoires déjà cités dans la revendication 3, sont maintenus. Mais il est néces saire de prévoir le démarreur 39, la couronne 38. Une cuve annexe 36 refroidie par des ailettes 37, un embrayage centrifuge 31 à seuil d'embrayage pré-établi, un ensemble hydrostatique 32, 33 et 54 per mettant une vitesse constante d'entrainement d'une génératrice al- ternative 35 auto-régulée. 5 - Convertisseur mécanothermique à régulateur selon la revendication 4 caractérisé par-le fait que la génératrice de courant alternatif peut être entrainée à 540 t/mn par une transmission universelle à double cardans des tracteurs. Cet équipement permet l'adapta tion de cette génératrice également sur la fixation trois points des tracteurs et la poulie de force. 6 - Convertisseur mécanothermique à régulateur selon la revendication 4 caractérisé par le fait que la masse de liquide de transfert de la cuve 12 peut être porté de 1200 à 1400C et servir de source très chaude à une pompe à chaleur à absorption à couple LiBr et H20. La deuxième source à environ 300C pouvant provenir soit de panneaux solaires, soit d'eaux résiduelles, soit d'une petite pompe à chaleur à compression eau-eau ou air-eau alimentée par la génératrice élec trique du groupe. L'ensemble peut, dans ces conditions, laisser espérer une quantité de chaleur globale égale sensiblement à 1,67 fois la quantité pro duite dans le convertisseur de l'aérogénérateur. Or, le pylone support peut très bien supporter en particulier des panneaux so- laires à liquide ou à air. 7 - Convertisseur mécano.thermique à régulateur selon la revendication 6 caractérisé en ce que, par une double pompe à chaleur en cascade à couples CH3OH LiBr et H20 LiBr, il est possible d'obtenir un re froidissement à - 100 N - 130C avec un COP de 0,52 environ, tout en actionnant les pompes de circulation par la production électri que de la génératrice du groupe. 8 - Convertisseur mécanothermique à régulateur et multiplicateur inté grés caractérisé en ce qu'il utilise pour l'entrainement d'une gé nératrice alternative un réducteur à vitesse constante de sortie composé d'une pompe hydraulique, d'un moteur hydraulique et d'un régulateur hydraulique. Le tout adapté d'une manière originale à un aérogénérateur à axe vertical. 9 - Convertisseur mécanothermique à régulateur et multiplicateur intégrés caractérisé en ce qu'il permet d'offrir un ensemble d'énergies ex ploitables à partir de l'énergie éolienne. Le pylone support pou vant se composer en outre d'une structure à panneaux solaires et panneaux à cellules photovoltaiques. 10 - Convertisseur mécanothermique à régulateur et multiplicateur intégrés caractérisé par le fait qu'il rend possible la création d'une habi tation ou de locaux dont l'architecture intègre l'aérogénérateur à axe vertical sans problème esthétique exceptionnel.