Brevet FR2546239A1 — publié le 19841123

La présente invention concerne éolienne à arbre vertical et à flux transversal. Ce système a été retenu pour les énormes avantages outil présente. L'objet de llinvention est le perfectionnement de cette éolienne. Dans ce système - Les pales sont disposées sur du solide. En outre, elles sont brides à chacune de leurs extrémités et reliées l'une à l'autre sur plusieurs points de leur hauteur. - le rotor fonctionne sur une construction en dur faisant corps avec le sol. - Pour ces raisons, on peut multiplier, dans ce rotor, le nombre de pales et agrandir leur surface de prise ae vent, sans risquer de tout casser. - te rotor ayant ses pales aDbord de sa périphérie, sa puissance est augmentée. - On peut disposer les rotors l'un au-dessus ae l'autre en étages, chaque étage ayant une hauteur égale au diamètre du rotor. - La machinerie se troué au sol. - La prise de force est directe sur l'arbre du rotor. - te rotor ne produit pas l'effet ventilateur propre aux éoliennes à hélices. - te rotor étant lourd, par son grand nombre de pales et leur grande largeur, et l'accélération étant rapide par sa grande surface de prise de vent, lléolie,nne ae llinvention accunule de énergie quand le vent souffle fort et la redistribue, par son inertie, quand le vent faiblit. Elle a donc une très granae régularité de fonctionnement. - Cette éolienne ne nécessite pas de gouvernail, elle n'est pas tenue de se mettre en position selon la direction du vent. Il a été constaté en soufflerie que éolienne à arbre vertical et à flux transversal est la plus ration nelle, la plus productive, la plus régulière face aux caprices du vent. Il a été notamment expérimenté après de multiples essais que la force transmise à l'arbre moteur est proportionnelle à la surface totale des pales soumises à l'action du vent et cela jusqu'à un point où cette force se stabilise. Finalement, il a été établi que la largeur des pales la mieux adaptée devait être égale aux deux septièmes du diamètre du rotor, et le nambre de pales à trente. Bien sûr, on peut diminuer ou augmenter la largeur et le nombre de pales, mais cela ne donne pas de bons résultats car il a été constaté, lors des essais, que si on diminue la surface des pales, que ce soit dans leur largeur et/ou dans leur nombre, la force transmise à l'arbre diminue et, que Si on augmente cette surface, la force transmise à l'arbre reste la même jusqu'à un point limite, puis diminue au fur et à mesure que l'on augmente davantage la surface des pales. ta description qui va suivre en regard des des- sins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant des dessins que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. Sur ces dessins - la figure i représente un élément de rotor de l'éolienne suivant l'invention, vu de face; - la figure 2 représente le rotor selon la figure 1, vu par dessus; - la figure 3 représente le rotor constitué de cinq éléments de rotor asseniblés l'un au bout de l'autre, selon la figure I, vu de facef - la figure 4 représente le rotor avec son enveloppe, les volets étant ouverts, vu par dessus; - la figure 5 représente le rotor avec son enveloppe, les volets étant ouverts, en coupe longitudinale partielle; - la figure 6 représente l'enveloppe de rotor, les volets étant fermés, vue par dessus; - la figure 7 représente un volet, vu à plat; - les figures 8, 9 et 10 représentent une pale, sous différentes positions;; - les figures 11-et 12 représentent un volet placé dans l'enveloppe sous différentes positions, et faisant voir son fonctionnement; - la figure 13 représente une vue d'ensemble de l'éolienne complète, comportant quatre éléments de rotor superposés et numérotés de 1 à 4; elle est en position de marche et posée sur son socle, que constitue la construction comprenant la salle des machines. L'éolienne de l'invention comprend principale ment - un élément de rotor (1) dont la hauteur est égale à son diamètre, ou - un rotor (i) composé de plusieurs éléments de rotors superposés et assemblés l'un au bout de l'autre de façon à obtenir un cylindre dont la hauteur, bien entendu, est fonction du nombre de rotors superposés (figure 3); - les pales (5) dont chacune est constituée d'un encadre- ment contre lequel une toile est tendue; - un arbre moteur (3) fixé au rotor par les brides (4), au niveau de chaque extrémité de chaque élément de rotor, pour permettre à l'arbre d'être solidaire sur toute sa longueur, quand le rotor est constitué de plusieurs étages (figure 3); - une enveloppe circulaire (2) qui comporte des volets (6) pivotants en leur milieu sur leur axe longitudinal (figure 12);; - des entretoises (7) dont chacune a un palier en son milieu, sur lequel pivote le volet (6) (figures Il et 12); - des entretoises (9) reliant les pales l'une à l'autre (figures 9 et 10); - deux roulements (8). placés l'un à la base du rotor, l'autre au sommet (figures 1, 2 et 3). L'éolienne selon la présente invention est per factionnée en ce que Chacune des pales (5) est constituée d'un en cadrement en métal ou en autre matière, contre lequel est tendue une voile. Pour la commodité du montage, chaque encadrement, qui a une longueur égale au diamètre du rotor, a été partagé, par exemple ici, en quatre éléments assem- blés bout à bout. La voile peut être attacade au cadre par des lacets, par exemple, afin qu'elle epouse convenir blement le cintre du cadre et qu'ellc ocit bien tondue Chaque pale est reliée à la suivante par dos entretoises (9).Chaque pale est par conséquent maintenue, à sa base, à son sommet, et dans sa longueur par six points d'attache. te nombre de pales a été fixé à trente, mais il peut varier soit en dessus, soit en dessous. En soufflerie avec un vent régulier, trente a paru être le nombre idéal, mais avec un vent naturel, il faudra peut-être le modifier. Trente est donné ici comme ordre de grandeur. Cela est vrai aussi pour la largeur de chaque pale, qui a été fixée aux deux septièmes du diamètre du rotor. Cette dimension peut aussi être modifiée, elle a été donnée ici comme ordre de grandeur. te rotor de l'éolienne de l'invention est constitué de plusieurs éléments de rotor, chacun ayant une hauteur égale au diamètre du rotor. Cela représente une force considérable par rapport à d'autres éoliennes. te nombre d'éléments superposés peut être de six et plus. Par conséquent une éolienne de six éléments, ayant un rotor de 10 mètres de diamètre a une hauteur de soixante mètres environ. te diamètre total extérieur de l'éolienne avec son enveloppe étant environ de seize mètres, on a par conséquent une tour qui est environ trois fois et demi plus haute que large. Tout autour du rotor (i), une armature (2) qui l'enveloppe est aménagée. Cette construction comporte, dans sa circonférence, une série de volets (6), pivotant sur leur axe longitudinal, qui peuvent s'ouvrir ou se fermer, selon les besoins, à l'aide d'une commande mécanique ou autre placée dans la salle des machines. On ferme les volets (6)y pour arrêter le rotor en marche, qui s'arrête faute de vent; pour le montage du rotor, lors de sa construction, en étant à l'abri du vent et des intempéries; pour pouvoir effectuer des réparations éventuelles. Avec ce système, il est inutile d'utiliser un frein pour stopper la machine. On ouvre les volets (6) à fond, pour faire dévier et diriger le vent dans le sens de rotation du rotor. Cela permet d'utiliser au mieux le vent. En effet, lors des essais en soufflerie qui ont été faits avec et sans volets, le rendement était supérieur lorsque l'on plaçait des volets. On ouvre partiellement les volets (6) pour atténuer la force du vent lorsque celui-ci devient trop fort et, dans ce cas, on ouvre plus ou moins les volets en fonction de la force du vent. Cela peut être fait automatiquement par un régulateur. Vue de l'extérieur, cette éolienne a l'aspect d'un cylindre à peu près trois ou quatre fois plus haut que large et muni d'une toiture, et dont on ne voit pas tourner le rotor. Celui-ci est en outre parfaitement protégé, dans son pourtour, par dessus, et par dessous (figure 13). Tout l'ensemble est posé sur une construction en maçonnerie qui comprend la salle des machines. L'arbre moteur (3) du rotor (i), qui arrive du plafond est tout prêt de la génératrice qu'il actionne directement. Cela évite bien sûr l'emploi de transmissions coûteuses en énergie. Le rotor (1) avec sa grande surface de prise de vent, développe une puissance énorme comparée à la force développée par l'éolienne à hélice tripale. Cela est démontré par des expériences faites à l'aide d'un prototype modèle réduit d'une éolienne à hélice tripale fait à l'échelle d'un prototype grandeur nature déjà construit, essayé et testé. Ce modèle réduit à hélice est comparé à un modèle réduit de l'invention de même diamètre. te modèle de l'invention a une hauteur égale à son diamètre. tes modèles étant placés à tour de roule devant une soufflerie, on obtient les résultats suivants Première exe'rience. rotors arrêtés L'éolienne à hélice tripale lève au bout de son rayon de rotor : 14 grammes, soit une force : 1 LL'éolienne de l'invention lève au bout de son 6620 rrayon de rotor : 620 grammes, soit une force : 14 = 44 Deuxième expérience, rotors lancés : La même opération continue, mais cette fois-ci en levant des poids, par l'arbre moteur, à 50 cm de hauteur, et en chronométrant le temps écoulé te modèle à hélice tripale lève : 320 grammes à 50 cm en 6 secondes, soit une force : 1 le modèle de l'invention lève : 7000 grammes à 50 cm en 2,7 secondes, soit une force : 7000 X 6 = 48 320 2,7 Cette différence par rapport à la première expérience, démontre le grand pouvoir d'inertie de l'éolienne de l'invention. En effet, étant donné que la distance à lever est très courte, le rotor de l'invention n'a pas le temps d'être freiné et de se mettre sur sa vitesse de croisière. Cela a d'ailleurs été démontré par une autre expé rince tes deux modèles ont été placés à tour de r81e devant une soufflerie. Lorsque leurs rotors ont atteint leur vitesse normale, on coupe le vent et on embraye. On obtient les résultats suivants L'éolienne à hélice tripale lève 320 grammes et s'arrête à 5cm environ. l'éolienne de l'invention lève 7000 grammes et s'arrête à 45 cm environ. Par conséquent, le chiffre 48 de la deuxième expérience ne donne pas la force réelle de l'éolienne, mais confirme et justifie le chiffre 44 de la première expérience. Une éolienne à un seul étage de l'invention ayant un rendement 44 fois plus grand que celui de l'éo- lienne à hélice tripale, a par conséquent, avec 5 étages, un rendement environ plus de 220 fois plus grand. Il faut 2000 éoliennes à hélice tripale de 10 mètres de diamètre pour développer environ l'équivalent de rendement d'une centrale nucléaire moyenne. Si on les place en ligne à 100 mètres l'une de l'autre, cela nécessite un espace de 200 kilomètres de long. Réaliser une chose pareille c'est bien sûr de l'utopie. Pour développer une force plus grande, il faut 10 éoliennes de l'invention à 5 étages, Cela nécessite un espace de 1 kilomètre de long si elles sont à 100 mètres l'une de l'autre. Cela n'est pas utopique, c'est réalisable facilement et peu coûteux. La capacité d'énergie de l'inertie peut encore être augmentée en ajoutant un volant d'inertie à la base du rotor. Rappelons que cette énergie est restituée intégralement du fait que cette éolienne n'est pas freinée par l'effet ventilateur, puisqu'elle n'en produit pas. Ce pouvoir régulateur de l'inertie est, bien entendu, très important dans une éolienne, étant donné que le vent souffle généralement par rafales. l'éolienne de l'invention présente également le grand avantage de pouvoir tourner plus vite. Cela est possible en faisant une éolienne de diamètre plus petit et de hauteur plus grande, et en accouplant deux rotors côte à côte. Ce qui permet d'obtenir pour une vitesse supérieure, la même force que,l'éolienne de grand diamètre. Il va de soi que la présente invention a été décrite ci-dessus à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'on pourrait y apporter toutes modifications de détail, sans sortir de son cadre. n CATIONS 1. Perfctionniients apportés à l'éolienne à arbre vertical et à flux transversal, caractérisés en ce qu'il a été placé, dans le rotor t des pales (5) de grande surface de prise de vent ayant une largeur égale ou supérieure aux deux septièmes du diamètre du rotor. 2. Eolienne perfectionnée selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il a été placé dans le rotor (1) trente pales (5) ou plus de trente pales. 3. Eolienne perfectionnée selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les pales (5) sont constituées d'un encadrement en métal ou en outre matière, sur lequel est tendue une voile. 4. Eolienne perfectionnée selon la revendication 1, caractérisée en ce que plusieurs éléments de rotor (1) dont chacun a la même hauteur que son diamètre, sont assemblés superposés l'un sur l'autre, en étages. 5. Eolienne perfectionnée selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une enveloppe circulaire (2) a été placée autour du rotor (1) dont le but estr (a) d'y placer des volets pivotants pour faire dévier le vent dans le sens de rotation du rotor (1), de ré gulariser l'effet du vent sur les pales, et d'empêcher le vent de souffler surales pales à leur retour; (b) de protéger le rotor en haut, en bas, aupeurtour; (c) de servir de support pour maintenir solidement le rotor à son sommet.