Brevet FR2494782A1 — publié le 19820528

La présente invention a pour objet une machine éolienne apte à chauffer un fluide, par exemple de l'eau, en utilisant l'énergie cinétique fournie par le vent. On sait que le vent représente une source importante d' énergie utilisable, et on a tenté d'utiliser cette énergie, au moyen d'éoliennes,pour assurer le chauffage d'un fluide au moyen d'organes tels que pompes, ou analogues, qui, lorsqu' elles sont mises en mouvement par l'éolienne sont aptes, notatti ment par effet de laminage, à assurer le chauffage du fluide. De telles utilisations ont notamment été prévues pour assurer le chauffage de maisons d'habitations ou autres locaux La demande de brevet français NO 79 21929 publiée le 25 Janvier 1980 sous le numéro 2 429 906 enseigne une machine éolienne apte à assurer le chauffage d'un fluide essentieller ment au moyen d'une pompe volumétrique. Une autre demande de brevet français NO 78 20772 publiée le 8 Février 1980 sous le numéro 24 31042, enseigne la-possi- bilité de chauffer de l'eau sanitaire à partir d'un aérogéne- rateur à axe horizontal fournissant du courant électrique, 1' installation étant complétée par un accumulateur recevant ledit courant et le transforme par effet Joule en énergie thermique; Dans cet art antérieur, on a donc proposé d'utiliser l' énergie formée par le vent pour chauffer un fluide, lequel peut, ainsi chauffé, être utilisé, pour le chauffage de locaux d'habitations ou autres. La présente invention a pour objet une machine ayant le même but que-celles mentionnées ci-dessus, mais dans laquelle les moyens mis en oeuvre permettent d'obtenir non seulementune réalisation simple avec un coût modéré, mais encore un rendement optimal quelle que soit la force du vent. Suivant l'invention, un dispositif de chauffage d'un fluide, notamment de l'eau pour utilisation sanitaire ou autre, à partir d'une source d'énergie fournie par le vent, au moyen d'une éolienne, se caractérise en ce que l'arbre de 1' hélice de l'éolienne est couplé mécaniquement à des moyens agitateurs disposés dans au moins un élément de chauffe qui est en communication avec un circuit d'amenée de fluide à réchauffer, et un circuit de distribution du fluide chaud. Suivant une forme préférée de réalisation, on prévoit une pluralité d'éléments de chauffe, comprenant chacun un moyen agitateur, les parois des éléments de chauffe, ainsi que les parois des moyens agitateurs, sous forme de roue ou turbine, comportant des ailettes ou nervures aptes à laminer le fluide et à le brasser énergiquement en sorte de provoquer son échauffement. Selon une autre caractéristique de l'invention les éléments de chauffe modulaire présentent tous une structure similaire en sorte qu'un nombre variable de ces éléments de chauffe peut former un dispositif de chauffage en fonction des besoins. On obtient ainsi une grande souplesse de réalisation permettant la fabrication en grande série avec des moyens d' assemblage automatiques. Par ailleurs, la structure modulaire des éléments de chauffe permet de réaliser sans complications des dispositifs de chauffage comportant un nombre quelconque d'éléments de chauffe modulaires. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue d'ensemble en élévation d'une éolienne avec un dispositif de chauffage d'un fluide conformément à l'invention la figure 2 est une vue en coupe axiale du dispositif selon l'invention et suivant une ligne passant par II-II de la figure 1 la figure 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne III-III indiquée à la figure 2 la figure 4 est une vue en élévation coupe, à échelle agrandie, d'un élément de chauffe modulaire, tel que représenté à la figure 2 la figure 5 est une vue suivant la ligne V-V de la figure 4 montrant plus particulièrement la pompe d'admission la figure 6 est une section, montrant à échelle agrandie suivant la ligne VI-VI de la figure 4 les-nervures d'une roue agitatrice et les nervures ménagées sur les parois intérieures d'un élément de chauffe modulaire la figure 7 est une vue en coupe à échelle agrandie sui vant la ligne VII-VII de la figure 3 la figure 8 montre schématiquement l'agencement du pied de mdt et, la figure 9 montre plus en détail, et partiellerent, le joint tournant prévu en partie supérieure du mat. Dans la forme de réalisation choisie et représentée aux figures, le dispositif suivant l'invention, indiqué globalement en 10 à la figure 1, pour le chauffage d'un fluide destiné à alimenter en particulier une installation du chauffage central, est installé dans un carénage 11 et il est couplé mécaniquement à une éolienne 12 à axe horizontal adapté à 1' extrémité supérieure d'un mat 13 à axe vertical, dont le pied 14 est monté pivotant sur une semelle ancrée dans le sol. Tous ces éléments vont maintenant être décrits plus en détail en référence aux figures 2 à 9. Le dispositif comprend essentiellement un corps de chauf= fe-indiqué dans son ensemble par CC, constitué d'une pluralité d'éléments de chauffe modulaires 20 installés coaxialement à l'arbre 21 d'une hélice éolienne 22 par exemple du type à trois pales à pas variable ainsi qu'on le verra ci-après. Le corps de chauffe CC est relié au carénage ll comportant une dérive d'orientation 23, et, dans l'espace compris entre ce carénage 11 et le corps de chauffe CC est inséré un matériau isolant thermique 24. A l'avant, et à l'arrière le carénage est profilé, le profilé avant formant un nez d'hélice 25 monté tournant avec celle-ci. Les éléments de chauffe modulaires 20 étant de construction similaire, on va maintenant décrire un seul de ceux-ci en se référant en particulier aux figures 4, 5, 6. Chaque élément de chauffe 20 forme un carter étanche constitué de deux flasques 26, 26A, à l'intérieur duquel est placé un moyen agitateur constitué par une roue 27 elle -meme formée par l'assemblage de deux joues 28, 28A, l'une des joues en l'occurrence la joue 28 comportant un moyeu 29 dépassant par rapport au flasque 26. Les surfaces extérieures de la roue agitatrice ainsi constituée comportant des nervures 35, 35A pouvant être ra diaules ou en arc de cercle, ces nervures, selon l'effet recher ché, sont régulièrement espacées ou non étant en nombre égal ou différent des nervures 36, 36A prévues sur les faces intérieures des flasques 26, 26A formant le carter. Ainsi qu'il est bien visible en particulier à la figure prévues 6, les espaces ménagés entre les nervuresfrespectivement sur les faces intérieures des flasques et sur les faces extérieures des joues formant la roue agitatrice, sont peu importants, en sorte que le fluide, lors de la rotation de la roue agitatrice 27, se trouve laminé ce qui d'après l'expérience de Joule conduit à une élévation de la température du fluide. Les flasques 26, 26A, sont globalement cylindriques de révolution ; ils comportent des moyens pour un assemblage mutuel. Dans l'exemple représenté le-flasque 26 comporte une paire de brides 26B, 26C, tandis que le flasque 26A comporte une seule bride 2-6D ; ces brides comportant des passages 26F pour l'insertion de tirants 40 ou de séries de boulons (figure 2) réalisant un assemblage étanche des différents éléments chauffants 20, chaque élément chauffant étant ainsi.isolé d'un élément chauffant voisin. Les flasques 26, 26A, comportent sur une partie de leurs circonférences un tronçon formant embase indiqué en 42 à la figure 3 dans lequel sont avantageusement ménagés des passages 43 à 46 dont l'utilité apparaîtra plus loin. On précisera néanmoins dès maintenant que le passage 43 est en communication avec une amenée de fluide à réchauffer, et que le passage 44 délivre du fluide réchauffé, tandis que les passages 45 et 46 sont destinés respectivement à collecter les fuites et former un moyen de purge du circuit. Les brides 26B et 26C comportent sur leurs faces destinées à coopérer avec les brides 26D une gorge circulaire 26G, 26H, destinées à former collecteur de fuites, et adaptées à entre mises en communication avec le passage précité 45 afin de renvoyer les fuites ainsi récupérées vers un réservoir à partir duquel le fluide est réinjecté de -façon connue dans le circuit d'amenée de fluide, ledit réservoir étant avantageusement prévu au voisinage du pied du mat 13. A l'intérieur de chaque roue agitatrice 27 d'un élément de chauffe 20, est prévu un embrayagé centrifuge 50, connu en soi, calé soit sur l'arbre 21 de l'hélice 22, comportant à cet effet une surface avec des cannelures longitudinales 21A, soit sur le moyeu 29 de l'élément de chauffe précédent. L'embrayage centrifuge 50 comporte une jante 50A mobile en rotation qui est elle-même accouplée à un voile 28B solidaire de la joue 28, la jante formant une piste sur laquelle s'exerce la partie mobile de l'embrayage, qui reçoit le mouvement de l'arbre 21 lorsque ce dernier est entraîné en rotation à une vitesse suffisante. Chaque élément de chauffage 20 comporte de plus unepompe d'admission PA, asservie à la roue agitatrice 27 et disposée entre la joue 28 et le flasque 26. A cet effet le flasque 26 du carter comporte un canal 51 en communication d'une part, avec le passage 43 et; d'autre part, avec un canal 52 comportant un clapet à billes 53 et dans lequel se meut un piston 54 commandé en va-et-vient, lorsque l'arbre 21 est entrainé en rotation au moyen d'une came 58 ménagée sur le moyeu 29 de la roue agitatrice, ladite came coopérant elle-même avec un galet 59 monté rotatif sur une pièce 60 solidaire du piston en question. Du canal 52 part un conduit 61 qui débouche dans une chambre 61A en communication - à travers un clapet 62 - avec l-'in-térieur de l'élément chauffant. Une deuxième pompe PA1 présentant une construction sensiblement analogue à la pompe d'admission PA, pourrait être prévue - ainsi qu'il est illustré diamétralement opposée par rapport à la came. Cette pompe est alimentée au moyen d'une amenée 71 à travers un clapet à bille 70, et refoule dans l'élément de chauffe de la même manière que la pompe PA. Pour l'évacuation de fluide chauffé, vers le passage 44, l'élément de chauffe 20, comporte un canal 44A. Etant donné que plusieurs éléments de chauffe 20 sont àccolés (cinq dans l'exemple de réalisation illustré) les passages 43 à 46 dans le prolongement les uns des autres forment autant de collecteur en communication avec un dispositif de joint tournant indiqué globalement en JT à la figure 3 comprenant essentiellement un manchon 75 fixé de manière étanche aux éléments chauffants, et monté tournant dans une douille 76 immobilisée en rotation en partie supérieure du mat 13. L'ensemble éolienne et corps de chauffe associé CC, est monté tournant autour de l'axe longitudinal X-X du mat 13, tandis que les roues agitatrices sont montées tournantes autour d'un axe Y-Y perpendiculaire au précédent. Pour le pivotement de l'ensemble éolienne corps de chauffe CC autour de l'axe X-X, le corps de chauffe- CC et le carénage 11 associé sont équipés (figure 3 en particulier) d'un plateau à billes 80 fixé d'une part, au manchon 75 et assujetti d'autre part, à une extrémité 81 d'une pièce de raccordement 82 dont l'autre extrémité est fixée à.la partie supérieure du mat tubulaire 13. La portée d'appui circulaire du plateau à billes 80 étant importante on obtient ainsi un montage particulièrement stable de l'ensemble éolienne et corps de chauffe CC en bout du mat 13. On a vu que le joint tournant JT comprend un manchon 75 solidarisé au corps de chauffe CC et une douille 76 solidaireen rotation de la pièce de raccordement 82. Afin de permettre l'intercommunication des collecteurs 43 à 46 avec des canalisations 90 à 93 les canalisations 90 et 91 reliées au réservoir de stockage R, la douille 76 comporte sur sa surface intérieure un certain nombre de gorges annulaires (sept en l'occurrence) référencées de 94 à 100, (figure 9 en particulier) également espacées, entre chacune desquelles est prévu un joint d'étanchéité 102 coopérant avec la surface extérieure du manchon 75. Certaines des gorges précitées ont comme fonction d'assurer une rupture de pont thermique, et aussi de permettre l'évacuation des fuites vers un collecteur 103 sur lequel est branchée la conduite 93 , c'est le cas (figure 9)des gorges 94, 96, 98, 100 qui sont en communucation par des trous 105 avec une canalisation 106, laquelle débouche à une des ses extrémités dans le collecteur 103 et est en communication à l'autre de ses extrémités avec les passages 45 formant collecteur. Ainsi les fuites collectées au niveau des passages 45 peuvent elles être évacuées vers le réservoir R à travers le joint tournant JT. Quant à la gorge 95 elle met en communication la tubulure 90 reliée au réservoir R avec un canal 110 ménagé dans la douille, lui-même communiquant avec les passages 43 formant collecteur d'amenée de fluide à réchauffer ; on observera que ce collecteur est donc apte à alimenter les canaux 51 prévus dans chaque élément de chauffe 20. La gorge 97 est en communication avec un canal 112 ménagé dans le manchon, ce canal étant lui-même en communication avec la canalisation 92 et les passages 46 formant collecteur de purge, l'ensemble de ces dispositions formant un circuit de purge. Quant à la gorge 99, elle met en communication d'une part, un canal 114 ménagé dans le manchon et un canal 115 ménagé dans la douille, ce canal 115 débouchant dans une conduite 91 de retour du fluide chaud au réservoir R, tandis que le canal 114 communique avec les passages 44 formant collecteur de retour Ainsi le fluide à chauffer suit un parcours passant par R- 90, 95, 105, 110, 43, 51, 52, 53, pour être distribué s i:' intérieur d'un élément chauffant 20, puis, le fluide après échauffement est évacué de l'élément chauffant par 44A, 44, 114, 99, 115, 91, puis vers le réservoir R.La canalisation arrivant du dispositif de chauffage CC est reliée, à l'inté- rieur du réservoir R, par l'intermédiaire d'un serpentin S à la canalisation de départ vers le dispositif de chauffage oe On se référera maintenant plus particulièrement à la figure 8 montrant, schématiquement une forme de réalisation, d'une fixation articulée du mat 13 au sol. Suivant cette forme de réalisation la partie inférieure du mat 13 est montée pivotante autour d'un axe 120 horizontal formé dans un support 121 solidaire d'une chape 122, par exemple en béton, ancrée dans le sol. Bien entendu des joints tournants 123, 124, sont prévus dans le support afin de mettre en communication avec le réservoir R les canalisations 90 et 91, courantes dans le mat, ledit support étant aménagé pour former des paliers 125 à des tourillons 126 solidaires du ont Quant aux canalisations 92, 93, elles sont reliées restez tivement à un orifice de purge non représenté et à'un récupera- teur de fuites également non représenté. Au delà de l'axe d'articulation 120, l'extrémité infe- rieure du mat 13 est munie d'un contrepoids 130 dont la périphérie, avantageusement semi-circulaire peut être munie d' une crémaillère apte à coopérer avec une vis sans fin (non représentés sur les dessins) manoeuvrable par manivelle afin de permettre la mise en position verticale de l'ensemble ainsi réalisé par pivotement autour de î1axe 120. On notera que dans le cas d'un mat 13 de grande hauteur, le pivotement de ce dernier pourra être prévu à une certaine distance du sol. Le réservoir R ainsi que le m t 13 sont isolés thermiquement afin d'éviter les déperditions, et le réservoir est par circuit, schématiquement montré à la figure 1 relié à une installation de chauffage (non représentée) d'une construction d'habitation. Les pales 22 de l'hélice sont du type à incidence variable. A cet effet, l'arbre 21 porte-hélice est creux et il est traversé de part en part (figure 1) par une tige 130 dont une extrémité comporte trois crémaillères 131 (une pour chaque pale) chacune de ces crémaillères étant adaptée à coopérer avec un pignon denté 132 solidaire d'un arbre 133 monté tournant dans un alésage 134 ménagé à cet effet dans un prolongement 135 de l'arbre porte-hélice 21. A l'autre extrémité arbre porte-hélice 21 porte des masselottes 136 susceptibles de pivoter autour d'axes 137, 138, lesquelles masselottes sont prévues chacune avec un secteur denté 139 apte à coopérer avec des crémaillères 140, 141, ménagées à une extrémité correspondante de la tige 130. Un ressort 142 en appui sur un bouchon et sur une extrémité de la tige 130 a tendance à rappeler la tige 130 suivant la flèche F c' est-à-dire dans une position de petit pas des pales 22 correspondant à un vent faible. Lorsque le vent atteint une certaine force, l'hélice se met en rotation entraînant ainsi l'arbre porte-hélice 21 ; a une certaine vitesse de rotation, l'embrayage 50 dlun premier élément de chauffe 20 solidarise la roue agitatrice 27 avec l'arbre porte-hélice en sorte que celle-ci est entraînée en rotation d'oeil résulte la mise en action des pompes PA et PA1 établissant ainsi une circulation du fluide dans le circuit, comme montré par les flèches F2 à la figure 1. On comprendra que la mise en rotation de la roue agitatrice ainsi que la structure interne de chaque élément chauffant 20 (nervures avec léger jeu), conduisent à l'obtention d'un brassage vigoureux du fluide admis dans ledit élément et partant, d'après l'expérience de Joule, une élévation de température dudit fluide. Si la force du vent est suffisante un deuxième élément chauffant 20 est mis en action, et ainsi de suite jusqu'à ce que tous les éléments chauffants soient mis en action ou l'on obtient alors un rendement maximal du dispositif. Toutefois, on note que dans le cas où le vent souffle en tempête les masselottes 136 deviennent actives au-delà d' une vitesse de rotation déterminée de l'arbre porte-hélice, en sorte que s'écartant, sous l'effet de la force centrifuge (flèche F3) elles entraient axialement suivant la flèche F1 la tige 130 qui, à son tour, par l'intermédiaire des cremaillères 131 et pignons 132, assurent une modification de l'incidence des pales de l'hélice, modification qui peut amener les dites pales jusqu'à leur mise en drapeau. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode dé réalisation choisi et représenté lequel est au contraire susceptible de variantes sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. C'est ainsi que dans ce qui précède on a décrit un corps de chauffe placé en haut du mat 13, mais un tel corps de chauffe OC pourrait être placé en bas du mat, et être entrainé à partir de l'arbre porte-hélice au moyen d'une transmission mécanique incorporée dans le mat, ou d'une transmission hydraulique, ou encore électrique. De même l'arbre porte-hélice, dans l'exemple décrit est horizontal, mais on comprendra que cet arbre porte-hélice pourrait être vertical. Egalement on pourrait prévoir des moyens agissant-sur la tige 130 pour mettre les pales en drapeau lorsque le. besoin s'en fait sentir par exemple pour une interruption passagère de fonctionnement. Dans certaines régions, pour pallier l'absence de vent, le dispositif sera avantageusement complété par une source d'énergie complémentaire telle que énergie solaire. REVENDICATIONS 1. Dispositif de chauffage d'un fluide, notamment de 1' eau pour utilisation sanitaire ou autres, à partir d'une source d'énergie fournie par le vent, au moyen d'une éolienne, caractérisé en ce que l'arbre (21) de l'hélice (22) de 1' éolienne est couplé mécaniquement à des moyens agitateurs (27) installés dans un au moins des éléments de chauffe (20), en communication avec un circuit d'amenée de fluide à réchauffer, et un circuit de distribution de fluide chaud. 2. Dispositif de chauffage d'un fluide, notamment de 1' eau pour utilisation sanitaire-ou autres suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un corps de chauffe (CC) constitué d'une pluralité d'éléments de chauffe (20), chacun de ceux-ci formant un élément modulaire. 3. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément de chauffe modulaire (20) comporte au moins un agitateur constitué par au moins une roue (27) montée folle sur l'arbre (21) de l'hélice, et susceptible d'être entratnée en rotation au moyen d'un embrayage centrifuge (50) associé audit arbre. 4. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément de chauffe modulaire (20) comporte au moins une pompe d'admission (PA) pour amener du fluide à réchauffer à l'intérieur dudit élément. 5. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pompe d'admission (PA) est en communication avec des collecteurs communiquant eux-m8mes à travers un système de joint tournant (JT) avec le circuit d'amenée du fluide à chauffer. 6. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des e revendications précédentes, caractérisé en ce que la pompe (PA) du type à piston, est asservie à une came (58) prévue dans un moyeu faisant partie intégrante d'une roue à ailettes (27). 7. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois de chaque élément de chauffe modulaire (20) entre lesquelles se meut la roue agitatrice (27) ainsi que chaque face de ladite roue, comportent des nervures (35,35A) (36,36A) sensiblement radiales. 8. Dispositif de chauffage suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les nervures (36, 36A) ménagées sur les parois de l'élément modulaire de chauffe (20) sont en arc de cercle, tandis que les nervures (35, 35A) ménagées sur chaque face de la roue agitatrice sont radiales, le nombre de nervures d'un organe à l'autre étant égal de plus ou moins une. 9. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dlé- ments de chauffe modulaires (20) comportent des moyens colts lecteurs de fuite (26G, 26H, 45). 10. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des - revendications précédentes du genre dans lequel les pales de l'hélice de l'éolienne sont à pas variable, caractérisé en ce que, l'arbre (21) de l'hélice est coaxial à tous les éléments de chauffe modulaires (20), et il loge intérieure-- ment une tige (130) dont une partie terminale, comporte des crémaillères (131) aptes à coopérer avec des roues dentées (132) ménagées dans les pieds de pale, tandis qu'une autre partie terminale est munie d'un dispositif de masselottes (136) aptes à déplacer ladite tige (i30) axialement pour faire varier le pas des pales de l'hélice. 11. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément de chauffe modulaire (20) est étanche. 12. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corpS de chauffe (CC) comprenant plusieurs éléments de chauffe modulai res (20) forme une embase coZlectrice (42) pour les circuits d'amenée de fluide froid ( 90, 95, 110, 43, 51, PA, PA1, de départ du fluide chaud (44A, 72, 44, 114, 99, 1158 91, R) récupérateur de fuite (26G, 26H, 45, 94, 96, 98, 100, 105, 106, 103, 93) et de purges (46, 112, 37, 92). 13. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embase (42) est solidarisée à un manchon (75) monté à rotation dans une douille (76) immobilisée en rotation dans le mat (13), ladite embase (42) étant en outre adaptée à coopérer avec un plateau à billes (80) prévu à l'extrémité supérieure du mat (13), l'ensemble constituant un joint tournant 14. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps de chauffe (CC) est associé au carénage (11) avec interposition de moyens d'isolation thermique (24), le carénage formant une dérive. 15. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre porte-hélice (21) est horizontal, le corps de chauffe (CC), le carénage (11) et la dérive étant montés tournants en bout d'un mat (13) à axe vertical, tandis que le pied de mat est monté articulé autour d'un axe horizontal (120) avec interposition de joints tournants (123, 124). 16. Dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pied de mat (13) comporte au-delà de l'axe d'articulation (120) un contrepoids comportant un secteur denté apte à coopérer avec une vis sans fin, pour élever ou abaisser ledit mat (13).