Brevet FR2505411A1 — publié le 19821112

DISPOSITIF DE RECUPERATION DE L'ENERGIE DU VENT. L'invention concerne un dispositif de récupération d'énergie éolienne. On connaît des dispositifs permettant de récupérer l'énergie du vent et comportant notamment plusieurs turbines accouplées entre elles Les mouvements de ces turbines sont rendues solidaires grâce à une transmission appropriée,(voir brevet français No 1 194 781). On connait d'autres dispositifs tel que celui dé- crit dans le brevet français N O 2291 380 comportant un moteur utilisant l'énergie du vent à l'aide d'un fût vertical, ser- vant de support à plusieurs rotors à axe vertical, régulière- ment disposés autour du fût Cependant, un tel dispositif ne prévoit pas l'association des turbines pour concentrer leurs efforts par rapport au vent Par ailleurs on ne prévoit pas une orientation des turbines par rapport à la direction du vent et de plus celles-ci ne sont pas protégées lors de rafa- les de vent. Un dispositif de récupération d'énergie éolienne a été décrit dans le brevet français No 77 14664 du deman- deur et comporte une turbine centrale et un ensemble de tur- bines satellites, chaque turbine étant pourvue d'un rotor à pales, des moyens d'orientation des courants d'air à l'inté- rieur de l'ensemble de turbines et des moyens pour concentrer l'effort de rotation des rotors de turbines satellites, per- mettant de mieux récupérer encore l'énergie Cependant, un tel dispositif bien que donnant des résultats très satisfai- sants est complexe dans sa structure. La présente invention a donc pour but de pallier ces inconvénients Un but de l'invention est donc de récupé- rer l'énergie éolienne au moyen d'un dispositif de structure simple et donc facile à construire et économique. Un autre but de la présente invention est de four- nir un tel dispositif ayant une très grande résistance au vent. Pour parvenir à ces buts l'invention propose un dispositif de récupération d'énergie éolienne comportant une turbine centrale constituée d'un rotor et d'au moins deux pales allongées axialement en position verticale, les pales étant orientées radialement dans un plan horizontal, compor- tant des moyens de protection des pales non soumises au vent et des moyens de la turbine, le dispositif étant tel que les pales comportent des moyensde récupération de l'énergie ci- nétique Ces moyens sont des alvéoles prévues dans l'aire actif des pales Les pales sont pleines comme dans les dispositifs connus mais par contre elles possèdent des alvéoles par lesquelles le vent est capté Ainsi, le vent ne glisse pas le long de la surface des pales mais au contraire s'e N g o u f f r e d a N S 1 e S a l v é o 1 e s, c e q u i p e r m e t d'augmenter le volume d'énergie récupé- rée Par ailleurs, on protège les pales par des moyens de protection qui sont mobiles en rotation autour du rotor et qui sont placés de façon que les pales qui tournent en sens inverse du vent soient protégées de celuici et donc que leur mouvement ne soit pas ralenti La description suivante en regard des dessins an- nexés à titre d'exemple non limitatif permettra de mieux com- prendre comment la présente invention peut être mise en pra- tique. La figure 1 est une vue en coupe selon un plan ho- rizontal du dispositif selon la présente invention. La figure 2 est une vue de dessus du dispositif. La figure 3 est une vue d'une pale. La figure 4 est une vue du dispositif selon l'inven- tion, en coupe selon un plan vertical. La figure 5 est une vue d'un moyen amortisseur per- mettant de compenser les coups de vent du dispositif suivant l'invention. Les figures 6 a à 6 e sont des détails de réalisation des moyens amortisseurs du dispositif suivant l'invention. Le dispositif de récupération d'énergie éolienne selon l'invention comporte une turbine centrale 1 constituée d'un rotor 2 et de pales 3 Ces pales sont au moins au nombre de deux Elles sont allongées axialement en position verticale. Elles sont orientées radialement dans un plan horizontal Un moyen de protection permet de protéger les pales qui ne sont pas entraînées selon la direction du vent Les pales ont leur surface active qui n'est pas lisse c'est à dire que la surface 5 soumise à l'action du vent comporte des alvéoles 6 dans les- quelles s'engagent des courants d'air Les alvéoles sont adap- tées à la dimension des pales qui n'est pas délimitée Ces al- véoles sont formées (figure 3) par au moins une série d'entre- toises sensiblement parallèles entre elles Une première série. 7 est sensiblement parallèle à l'axe 8 du rotor et une deuxième série 9 est sensiblement parallèle à au moins un chant 10 hori- zontal des pales Par ailleurs, les moyens de protection 4 des pales sont orientables selon la direction du vent et sont cons- titués par un panneau plein mobile en rotation autour du rotor. De préférence, le panneau est demi-cylindrique, à base demi- circulaire en section droite transversale, les bords rectili- gnes verticaux du panneau étant dans un plan passant par l'axe 8 du rotor et par la direction du vent Le panneau constitue aussi des moyens d'annulation de l'action du vent De plus, les moyens de maintien de la turbine 1 sont constitués par au moins trois piliers verticaux lla, llb, lic, reliés par au moins une couronne circulaire 12 (voir figure 2), cette couronn étant circulaire dans un plan horizontal et formant avec les piliers un bloc rigie résistant à l'action du vent Le disposi- tif comporte en outre un moyen amortisseur de compensation des coups de vent. En se reportant plus particulièrement aux figures 1, 2 et 3, on voit qu'un mode de réalisation préféré du dispo- sitif selon l'invention comporte une turbine centrale 1 cons- tituée d'un rotor 2 Ce rotor 2 est cylindrique, à base circu- laire dans un plan transversal, et situé autour d'un axe central 13, vertical, plein et cylindrique de révolution à base circulaire dans un plan transversal Des pales 3 sont solidaires du rotor 2 et ont une forme sensiblement convexe par rapport à un plan vertical passant par le centre C du pilier 13 Elles sont au moins au nombre de deux et plus particulièrement au nombre de trois, disposées verticale- ment en formant des angles de 1200. Si la direction du vent est selon la flèche fl, les pales 3 a, 3 b et 3 c (voir figure 1) tournent dans le sens de la flèche f 2 La pale 3 a est soumise à l'action du vent. Par contre, le panneau 4,qui est demi-circulaire et plein 1 est disposé de façon à ce que ses bords 14 et 15, rectilignes, situés perpendiculairement au plan de coupe du dispositif se- lon la figure 1, donc situéahorizontalement, empêchent que la pale 3 b et la pale 3 c qui tournent dans le sens de la flè- che f 2,subissent l'action contraire du vent, en direction de la flèche fi Les piliers lla, llb, lic sont de préférence au nombre de trois mais non limité, disposes à 120 les uns des autres autour du centre b Par ailleurs, on peut prévoir une couronne inférieure 16 pour consolider l'ensemble du dispositif Les pales qui sont convexes par rapport à un plan passant par la ligne X-X traversant l'axe 8 du rotor, possèdent des chants et 10 ' horizontaux qui sont donc incurvés et des bords la- téraux 17 et 18 qui sont parallèles à la ligne X-X, sensible- ment verticaux. Chaque pale possède une surface 5 comprise entre les chants horizontaux supérieur et inférieur 10, 10 ' et les bords latéraux 17 et 18 Cette surface, contrairement aux dis- positifs connus n'est pas lisse Ainsi, elle constitue une aire active, c'est à dire récupérant elle-même l'énergie, puisque le vent s'engouffre dans les alvéoles Par contre, la face inactive 5 ' est lisse (voir figure 4). Les alvéoles 6 prévues sur la Dale sont constituées par une première série d'entretoises 7, sensiblement parallèles entre elles, de préférence parallèles à la ligne X-X, c'est à dire verticales Par ailleurs, les alvéoles 6 peuvent être formés en outre par une deuxième série d'entretoises 9 paral- lèles les unes aux autres, de préférence parallèles aux champs horizontaux 10 et 10 ' Cependant, on peut prévoir que la première série 7 et la deuxième série 9 d'entretoises, puissent ne pas être parallèles respectivement à la ligne X-X et aux chants horizontaux 10, 10 ' Mais les séries d'entretoises doivent constituer des alvéoles Celles-ci sont des polygones, en projection selon un plan perpendiculaire à l'axe X-X, les polygones étant de forme quelconque, mais ayant une épaisseur dans le plan perpendiculaire à la surface de la pale Le vent arrivant à la surface de la pale, du côté incurvé, vient s'engouffrer dans les alvéoles et ne glisse pas sur l'aire 10 comprise entre les chants 5 10, 10 ' et les bords 17, 18 Ainsi, la force du vent qui s'engouffre dans les alvéoles 6 fait tourner les pales beaucoup plus rapidement que si leur surface était pleine, c'est à dire leur surface comprise entre , 10 ' et 17, 18 On récupère alors beaucoup plus d'énergie cinétique. Le panneau 4 protége les pales qui tournent dans le sens de la flèche f 2 et qui à certains moments vien- nent en opposition avec la direction du vent fi C'est à dire qu quand elles arrivent en position P représentée en pointillé, position telle que la pale est sensiblement parallèle à la direc- tion fi du vent, elles sont protégées par le panneau 4. Le panneau 4 est de préférence demi-cylindrique, d'axe passant par le centre C et mobile autour de son axe. Ainsi, quand la direction du vent change, par exemple si le vent tourne et a une direction selon la flèche f 2, on fait effectuer un pivotement du panneau 4 autour de l'axe passant par le centre C, cet axe étant vertical, et le panneau 4 vient en position telle que son bord 14 est dans le prolonge- ment de la flèche f 2 et il prend alors la position 14 ' De façon correspondante, le bord 15 vient prendre la di- rection 15 ' On voit donc que les bords rectilignes du panneau 14, 15 verticaux sont toujours amenés dans un plan passant par l'axe du rotor, c'est à dire la ligne X-X et par la direction du vent Ainsi, les pales qui ne sont pas soumises directement à l'action du vent, et qui tournent en sens con- traire du vent, ne sont pas freinées par celui-ci On a donc une possibilité de récupérer beaucoup plus d'énergie cinétique puisque les pales vont pouvoir tourner plus vitepuisque n'é- tant pas freinées par le vent. En se reportant maintenant plus particulièrement à la figure 4, on voit que les piliers sont ici au nombre de trois, le plan de la figure passant par deux piliers, par exem- ple les piliers lia et llb Ces piliers sont verticaux, paral- lèles à l'axe X-X, et comportent des étançons 19 a, 19 b, incli- nés par rapport à la verticale et des renforts 20 a, 20 b, 20 'a, 20 'b horizontaux On voit une pale 3 dont les bords latéraux 17 et 18 sont verticaux Par ailleurs, on a représenté le pan- neau 4 en coupe pour faciliter la compréhension de la figure Ce panneau comporte deux profilés 21 et 21 ' circulaires, sensible- ment horizontaux, et d'axe X-X De plus, les piliers lia, llb comportent chacun des profilés 22 a et 22 'a et respectivement 22 b, 22 'b qui sont eux aussi horizontaux, circulaires, d'axe X-X et venant en regard des profilés 21 et 21 ' Les profilés 21 et 21 ' peuvent être des profilés en U formant rail dans les- quels viennent s'emboîter les profilés 22 a, 22 'a, 22 b, 22 'b. Ainsi, le panneau 4 peut tourner autour de l'axe X-X, il tourne aussi sur un rail 50 circulaire, disposé sur le sol Son orien- tation peut être commandée par tout moyen approprié semi- automatique ou automatique, en fonction de la direction du vent. Si la direction du vent est dans le sens de la flèche fi (voir figure 4) on voit que les piliers lia, llb et la cou- ronne circulaire 12 forment un bloc rigide par rapport à la di- rection du vent, ce bloc peut alors résister particulièrement bien aux rafales de vent. L'orientation du panneau 4 peut être faite en fonc- tion de la direction du vent, de façon à protéger les pales tournant en sens inverse du vent, mais l'orientation du pan- neau 4 peut aussi être réglée de façon à ce que_ le panneau 4 protège toutes les pales de l'action du vent, a f i N que les bords 14 et 15 viennent en position 14 " et 15 " (voir figure 1), les bords 14 " et 15 " étant situés dans un plan perpendiculaire à la direction fi du vent, passant par l'axe X-X La convexité du panneau est dirigée vers l'arrivée du vent, c'est à dire que le panneau forme alors écran contre le vent Ceci permet notamment de supprimer l'action du vent sur les pales et donc permet d'arrêter le dispositif et ainsi un opérateur va pouvoir effectuer des ré- parations éventuelles des pales. Par ailleurs, le dispositif comporte un moyen amortisseur permettant de compenser les coups de vent Un tel moyen amortisseur est représenté plus particulièrement sur les figures 5, 6 a à 6 e Ce moyen amortisseur notamment de rafales peut aussi être utilisé dans d'autres cas se présentant dans l'industrie pour amortir un effort brusque. Les moyens amortisseurs comportent une gaine creuse 23 de forme générale cylindrique à section circulaire Un premier arbre 24 est entraîné en rotation, par exemple par un pignon de transmission, par exemple un pignon conique 25 en prise avec un pignon conique 26 d'un arbre 27 du rotor 2 Un second arbre 28 est entraîné en rotation, situé dans le prolongement du premier arbre 24 Les arbres 24 et 28 sont coaxiaux avec la gaine creuse 23, et d'axe Y-Y. Un curseur 29 est placé à l'intérieur de la gaine 23, sensiblement à midistance de sa longueur Ce curseur 29 a de préférence, en coupe verticale, la forme d'environ un H mais est de révolution autour de l'axe Y-Y Le premier axe 24 peut coulisser le long de l'axe Y-Y par des moyens prévus à cet effet L'axe 24 coulisse sous l'action de la force du vent en direction de la flèche f 3 et les bords 30 viennent buter contre la paroi 31 de la partie centrale du curseur 29 Un res- sort extenseur 33 et un ressort compresseur 34 permettent de maintenir l'arbre en butée En outre, la paroi 35 de l'ar- bre 2 8 v i e N t b u t e r c o N t r e 1 ' a N N e a-u b u t e u r 3 6 On peut prévoir des roulements à billes 37 autour de l'arbre 28 De p 1 u S, on peut prévoir un autre pignon 25 ' et un pignon 261 s'engrenant avec le premier, à l'extrémité de l'arbre 28, pour transmettre le mouvement de rotation de celui-ci à un arbre 27 ' Le vent arrivant selon la direction f 3, s'il a une force plus importante, fait dépla- cer l'arbre 28 qui vient en butée en 31 et l'arbre 28 venant en butée contre 36, mais la vitesse de l'arbre de sortie 28 est amortie, bien que la vitesse de l'arbre 24 central du rotor soit beaucoup plus importante Ainsi, on régule la vitesse de rotation de l'arbre 28 On peut prévoir un dispositif 38 permettant d'engre- ner un arbre 24 avec l'arbre 28 Ce dispositif d'engrenage 38 est représenté plus particulièrement sur les figures 6 a à 6 e. On voit que la qaine 23 tourne e t q u e le c u r S e u r e S t e N t r a i N é e N r o t a t i o N N arbre 39 est soumis à l'action d'un effort dans le sens de la flèche f 4 et coopère avec un arbre 40 Une bague 41 entoure l'axe 40 et est de révolution cette bague est représentée plus parti- culièrement sur la figure 6 d Elle comporte des rainures 42 et 43 en arc de cercle, de centre c' passant par l'axe A-A des arbres 40 et 39 qui sont coaxiaux Ces rainures sont pla- cées diamétralement opposées par rapport a l'axe du disposi- tif Elles ont une longueur telle qu'elles correspondent chacu- ne à un angle au centre de 900 Par ailleurs, l'arbre est disposé dans la gaine creuse 23 représentée sur la figure 6 b et qui comporte elle aussi des rainures 44 et 45 Le curseur représenté sur la figure 6 e comporte des languettes circulaires extérieures 46, 47 qui viennent s'engrener dans les rainures 44 et 45 correspondantes de la gaine extérieure On dispose sur la bague 41 un manchon 48 représenté sur la figure 6 c qui possède des languettes 46 'et 471 correspondant aux rainures 42 et 43 de la bague Lorsqu'il existe un effort dans le sens de la flèche f 4, les languettes viennent s'engrener dans les rainu- res correspondantes, et le dispositif est verrouillé. Bien entendu, la présente invention admet de nom- breuses variantes d'exécution, par exemple le nombre des pa- les et la dimensions des alvéoles selon la taille des pales qui n'est pas limitée. L'éolienne est caractéristique par l'ossature formée par les piliers et les couronnes, ce qui fait qu'elle résiste à toute épreuve, par les pales qui ont des alvéoles permettant de récupérer une énergie beaucoup plus importante qu'avec des dispositifs connus et par le dispositif amortisseur des rafales de vent. Une partie de l'énergie ainsi récupérée est stockée selon des moyens connus. Lesdits moyens amortisseurs peuvent être utilisés aussi poudr tous dispositifs dans lesquels il y a un effort brusque et subit à fournir. REVENDICATIONS 1 Dispositif de récupération d'énergie éolienne comportant une turbine centrale constituée d'un rotor et d'au moins deux pales allongées axialement en position verticale, les pales étant orientées radialement, en plan horizontal, des moyens de protection des pales dont le déplacement est en direction inverse de celle du vent, des moyens de maintien de la turbine, caractérisé en ce que les pales 3 comportent des moyens de récupération de l'énergie cinétique. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de récupération d'énergie cinétique sont constitués par des alvéoles 6 prévue-dans l'aire active des pales, des courants d'air s'engouffrant dans lesdit alvéoles. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les alvéoles 6 sont formés par au moins une série d'entretoises sensiblement parallèles entre elles. 4 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les alvéoles 6 sont formés par deux séries d'entre- toises, la première série 7 étant sensiblement parallèle à l'axe vertical du rotor et la seconde série 9 étant sensible- ment parallèle à au moins un chant horizontal des pales. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de protection des pales orientables selon la direction du vent et sont constitués par un panneau plein, mobile en rotation autour du rotor. 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le panneau 4 est à base demi-circulaire en section droite transversale, les bords rectilignes verticaux du pan- -30 neau étant dans un plan passant par l'axe du rotor et par la direction du vent. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications et 6, caractérisé en ce que le panneau constitue en outre éventuellement des moyens d'annulation de l'action du vent. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de maintien de la turbine sont constitués par au moins trois piliers (lia, llb, llc) verticaux, reliés par au moins une couronne 12 cir- culaire dans un plan horizontal, les piliers et la couronne formant un bloc rigide, résistant à toute épreuve. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications i à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens amortis- seurs permettant de compenser les coups de vent. 10 Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que des moyens amortisseurs comportent un premier arbre 24, entraîné en rotation, et un second arbre 28, entraîné en rotation, situé dans le prolongement du premier, un curseur 29 formant d'une part butée du premier arbre coulissant dans le sens axial des arbres, et d'autre part, la vitesse de ro- tation du second arbre étant diminuée par rapport à la vi- tesse du premier arbre sous l'action d'un ressort extenseur 33 poussant le premier arbre en butée contre le curseur et d'un ressort compresseur 34 poussant le second axe en butée contre le curseur, lesdits moyens amortisseurs peuvant être utilisés aussi pour tous dispositifs dans lesquels il y a un effort brusque et subit à fournir.