Brevet FR2766241A1 — publié le 19990122

TURBINE A VENT POUR GENERATRICE DESCRIPTION La présente invention, donnée à titre d'exemple non limitatif de réalisation, concerne un dispositif de turbine à vent pour génératrice, qui reçoit horizontalement et directement la force du courant d'air sur une surface frontale, sans pas. On connait déjà des dispositifs qui permettent d'utiliser des forces engendrées par déplacements d'air, soit par hélices, soit par turbines à voiles. Par exemple, des dispositifs qui, traditionnellement effectuaient la force des courants d'air à l'aide d' hélices qui par leurs pas, distance qui sépare deux spires, transforment une force horizontale en un mouvement rotatif. Ces dispositifs occasionnent une perte de charge importante, une limitation de surface et de pas pour un rendement optimum. On connaît aussi des dispositifs qui permettent de transformer la force des courants d'air par des turbines à voiles mais ces systémes de conduite et d'agencement, qui sont utilisés pour positionner les voiles motrices à la recherche de la direction des courants, sont trop compliqués. En effet, pour coordonner le mouvement des voiles, on utilise des câbles souples, des poulies de mouflage, des ressorts ou des mécanismes de commande qui rendent le dispositif peu efficace à cause des frottements et des effets de choc ou de freinage, ou d'autres effets indésirables, qui provoquent, au moment du positionnement des voiles une considérable perte d'énergie. L'invention a pour but, entre autres, de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus. Grâce à l'innovation de ce système simple et efficace, utilisé par la présente invention, on obtient un meilleur débit, une plus grande simplicité d'agencement des ailes et des voiles; on peut ainsi éliminer tous les inconvénients dûs aux systémes de commandements mécaniques, employés dans les techniques connues. Le dispositif pour génératrice, selon la présente invention déposée, est formé d'un arbre vertical, qui porte plusieurs mâts horizontals rayonnés en forme d'un cercle. L'invention a, pour premier objet, un procédé de fixation à l'extrémité des rayons du cercle (qui sont des mâts porteurs) de deux tiges métalliques en forme de V - qui seront appelées par la suite les deux bras de rappel. Ces deux bras de rappel forment eux-mêmes un angle d'ouverture de 600 à 90" - le plus favorable étant un angle de 76 , par le sommet de cet angle les deux bras de rappel sont fixés aux mâts porteurs. En même temps, les bras de rappel doivent être tous inclinés dans la même direction en formant un angle de 85 à 1300 avec le mât porteur correspondant, le plus favorable étant un angle de 1020. Les deux bras de rappel, fixés à l'extremité du mât porteur, doivent être également positionnés de façon à diviser en deux angles égaux - leur angle d'ouverture - par rapport au plan horizontal contennant le cercle, tracé par les mâts porteurs. Une tige en acier doit être fixé entre les extremités des deux bras de rappel, afin de maintenir la rigidité de ceux-ci. On obtient ainsi un mât porteur avec les deux bras de rappel en forme de Y, qui seront appelés la fourchette en forme de Y. Par la suite, on fixe sur le mât porteur à l'aide d'articulations, deux ailes rigides en forme de trapèze ou triangulaire. Chaque aile a un angle, formé entre le mât porteur et le bord de voile triangulaire de 600 à 90, le plus favorable étant un angle de 750. Pour rendre le dispositif plus efficace, il faut fixer aux ailes un mécanisme de contrepoids qui permet d'équilibrer le mouvement des ailes et le rendre plus sensible au force du vent. Les articulations employées, serviront aux ailes pour s'ouvrir verticalement et présenter leurs surfaces maximales au vent et après, de se refermer horizontalement, au moment de tourner contre le vent, en prenant une forme similaire à une aile d'avion (on dit de se mettre en drapeau). Pour lui permettre de fonctionne de cette façon, on procède à un agencement des ailes par des voiles triangulaires qui sont maintenues par les bras de rappel. Chaque voile triangulaire a un angle de 400 à 600, formé entre le bord adjacent d'une aile et d'un bras de rappel, le plus favorable étant un angle de 450. L'invention est maintenant décrite en détail, et se reporte aux dessins annexés. La figure 1 représente la fourchette composée d'un mât porteur et de deux bras de rappel. La figure 2 représente le mode de montage des ailes et voiles sur la fourchette. La figure 3 représente les ailes motrices en position ouverte face au vent. La figure 4 représente les mêmes ailes motrices en position fermée contre le vent. La figure 5 représente les éléments détaillés des ailes motrices. La figure 6 représente l'ensemble des ailes et des voiles assemblées. La figure 7 représente un mode de réalisation d'une turbine à vent. La figure 8 représente une possibilité de montage d'une turbine à plusieurs niveaux. La figure 9 représente l'ensemble de la turbine à vent vu du dessus. La figure 10 représente une coupe verticale de l'ensemble du dispositif. La figure 11 représente deux coupes de turbines à vent qui illustrent l'agencement des voiles et des ailes actionné par la force des courants d'air. La figure 12 représente une vue en perspective et le mode de fonctionnement d'une turbine à vent pour génératrice. Sur les figures dessinées, on voit des turbines à vent pour génératrice qui illustrent les différents modes de construction et de fonctionnement du dispositif. L'utilisation qui est faite du dispositif n'est pas limitée aux exemples décrits sur les figures. Ainsi, l'invention peut être appliquée dans des domaines variés. La fig. 1. représente une fourchette en forme de Y (1) composée d'un mât porteur (3) et de deux bras de rappel (2). Une tige ou un câble en acier (7) doit être fixé aux extremités des deux bras de rappel, afin de maintenir la rigidité de ceux-ci. Les mâts porteurs (3) pourront avoir une solution téléscopique qui permettra par réglage automatique d'adapter l'allongement des mâts à la force du vent. La fig. 2. représente la fourchette en forme de Y (1) avec deux ailes (4) et deux voiles (5). Le dessin représente également les tuyaux en plastique (8)) collés avec les toiles triangulaires; ce tuyau (8) forme de la sorte un bord de la voile triangulaire (5). Les tuyaux (8) doivent avoir un diamètre à peine supérieur de façon à ce qu'ils puissent tourner librement sur les bras de rappel (2). Cet assemblage si nécéssaire peut contenir des roulements pour des voiles de grandes dimensions. Les ailes (4) doivent être assemblées avec les voiles triangulaires (5) le long des bords adjacents. La toile tendue sur l'aile (4) et la voile triangulaire (5) peuvent former un ensemble. Le bord libre de la voile (5) de longueur (a) au moment du mouvement circulaire de l'aile (4) détermine ses positions extrêmes d'ouverture. Pour assembler la voile (4) et l'aile (5) avec la fourchette (1), en premier, on glisse le tuyau en plastique (7) sur le bras de rappel (2), puis on fixe l'aile (4) au mât porteur (3) à l'aide d'articulations (6). Les fig 3. et 4. représentent la fourchette (1) avec les deux ailes (4) fixées, qui se ferment et s'ouvrent à l'aide d'articulations (6) effectuant chacune séparement un quart de tour en pivotant autour de leur axe horizontal vers les extrêmités fixées par des voiles triangulaires (5) en rapport avec les bras de rappel (2). La turbine à vent pour génératrice fonctionne par un simple mouvement rotatif, autodirectionnel autour de son axe vertical (12). Cette turbine à vent au moment de sa rotation ramène progressivement ses voiles fermées à un point extrême, où la face des voiles se présente en direction du vent de façon perpendiculaire. A ce moment-là, sous la force de la pression du vent, les voiles s'ouvrent entrainant avec elles l'ouverture des ailes (fig.3) et s'exposant aux forces du vent.Après quoi, au moment de tourner contre le vent, celles-ci se referment pour prendre la forme horizontale, similaire d'une aile d'avion (fig.4). Ceci est très bien visible sur la coupe verticale de la turbine (fig.10). Du côté gauche, on voit les ailes en position verticale à la prise du vent (fig.3). Du côté droit, on voit les ailes en position horizontale fermée, à l'opposé, au moment de tourner contre la force du vent (fig.4). L'effet obtenu permet une utilisation maximale de la force du vent. Par rapport aux ailes (4) il faut fixer un mécanisme de contrepoids (10) (fig.4) qui sert à donner le bon équilibrage au mouvement des ailes. Les ailes, en cas de vent nul, devront se mettre en position ouverte, par contre au moment de tourner contre un vent léger, elles devront se mettre en position fermée. La fig. 5 représente une construction de la fourchette (1) composée d'un mât porteur (3) et de deux bras de rappel (2) avec des ailes (4) en forme de trapèze et des voiles triangulaires (5). Pour les mâts porteurs (1) on peut utiliser des tubes métalliques légers en forme rétrécie. Les bras de rappel (2) peuvent être fait de tiges en acier ou de tubes métalliques en fonction de leur longueur. Les deux bras de rappel (2) et la tête (9) pour s'assembler au mât porteur (3), peuvent être fait en une seule pièce ou séparément, avec une plus ou moins grande dimension des bras de rappel. Les cadres (11) sont destinés à construire des ailes (4), ils sont réalisés sur une base de profilés tubulaires en duralumin ou autres matériaux synthétiques à propriétés similaires. Les cadres (11) maintenus en forme de trapèze, assurent la fixation de la toile tendue ou la fixation des au tres matériaux synthétiques suffisamment solide. Les articulations (6) fixant les ailes au mât porteur (3) peuvent être équipées en roulements en cas de grandes dimentions des ailes. Les tuyaux en plastiques (8) collés avec les toiles triangulaires, assurent leur mouvement pivotant autour des axes du bras de rappel (2). La fig. 6. représente les voiles triangulaires (5), avec les ailes (4) en forme de trapèze, qui forme un ensemble fixe sur la fourchette (1). Les fig. 7.8. et 9. représentent des exemples non limitatif des différentes formes de réalisation des turbines à vent et la possibilité d'augmenter la force du dispositif. - fig. 7. par l'allongement des mâts porteurs. - fig. 8. par montage des turbines à plusieurs étages. - fig. 9. par fixation à intervalles égaux de plusieurs fourchettes porteuses selon le diamètre d'une construction qui tourne en rond. Les fig. 10 et 11. représentent la coupe verticale et horizontale de la forme de réalisation d'un dispositif de turbine à vent pour génératrice sur une tour. Sous une forme préférentielle on voit, du côté gauche les ailes (4) et les voiles (5) en position ouverte au moment de la position la plus favorable à la prise au vent, du côté droit à l'opposé on voit les ailes (4) et les voiles (5) en position fermée au moment de tourner contre la force du vent. Les ailes (4) et les voiles (5) avec les fourchettes porteuses (1) sont fixées à intervalles égaux à l'arbre porteur central (12), qui maintenu par des grands paliers à roulement (13), tourne autour de son axe vertical et fonctionne comme un arbre d'entrainement. Cet arbre par l'intermédiaire d'une roue motrice (14) fixée au bas de l'arbre porteur, entraîne par transmission par friction des alternateurs (16). Ils sont fixés au porteur mobile sur l'axe (15), qui sert pour l'enclenchement des alternateurs et qui permet de séléctionner leurs nombres fournissant de l'éléctricité. La roue motrice (14) par son poids important sert de régulateur de vitesse de prise de vent et par son énergie cinétique, elle a pour fonction de stabiliser la vitesse du mouvement de la turbine aux différentes forces du vent. La fig. 12. représente la turbine à vent pour génératrice en perspective. On voit du côté gauche les ailes (4) et les voiles (5) en position verticale ouverte au moment de la prise de vent. Du côté droit, on voit les ailes (4) et les voiles (5) en position horizontale fermée au moment de tourner contre le vent. Les fourchettes (1) sont fixées à intervalles égaux à l'arbre central (12) qui par la roue motrice (14), entraîne les alternateurs (16) pour produire de l'éléctricité. Le dispositif de turbine à vent pour génératrice qui utilise les forces directes engendrées par les courants d'air, est destiné à produire de l'éléctricité en général, mais plus particulièrement pour les stations-postes de chargement des voitures électriques, des batteries de caravanes, et des chauffages de grandes serres. I1 peut fournir de l'électridans les endroits isolés et sur les navires. REVANDICATION 1) Dispositif de turbine à vent pour génératrice, caractérisé en ce que, il est formé d'un arbre vertical (12), qui porte plusieurs mâts horizontaux (3) rayonnés en forme d'un cercle. L'invention a, pour premier objet, un procédé de fixation à l'extrémité des rayons du cercle, qui sont des mâts porteurs (3), de deux tiges métaliques (2) en forme de V qui seront appelées par la suite les deux bras de rappel (2). Ces deux bras de rappel (2) forment eux-mêmes un angle d'ouverture de 60 à 900, le plus favorable étant un angle de 760. Par le sommet de cet angle, les deux bras de rappel (2) sont fixés à l'extrêmité des mâts porteurs (3). En même temps, les bras de rappel (2) doivent être tous inclinés dans la même direction en formant un angle de 850 à 1300 avec le mât porteur correspondant (3), le plus favorable étant un angle de 1020. Les deux bras de rappel (2), fixés à l'extrêmité du mât porteur (3) doivent être également positionnés de façon à diviser en deux angles égaux, leur angle d'ouverture, par rapport au plan horizontal contennant le cercle, tracé par les mât porteurs (3), fixés à l'arbre porteur central (12). Le mât porteur (3) avec les deux bras de rappel (2) en forme de Y seront appelés la fourchette (1) en forme de Y. Par la suite on fixe sur le mât porteur (3), à l'aide d'articulations (6) deux ailes rigides (4) en forme de trapèze, les ailes (4) pourront avoir aussi une forme triangulaire. Chaque aile (4) a un angle, formé entre le mât porteur (3) et le bord adjacent des voiles triangulaires (5) de 600 à 90, le plus favorable étant un angle de 750. Les articulations (6) employées, serviront aux ailes (4) pour s'ouvrir verticalement et présenter au vent leurs surfaces maximales et ensuit, au moment de tourner contre le vent, pour se refermer horizontalement et pour prendre une forme similaire à une aile d'avion, on dit de se mettre en drapeau. Pour lui permettre fonctionner de cette façon là, on procède à l'agencement des ailes (4) par des voiles triangulaires (5). qui par intermédiaire des tuyaux (8) sont maintenues par les bras de rappel (2). Chaque voile triangulaire (5) a un angle de 400 à 600 formé entre le bord adjacent d'une aile (4) et d'un bras de rappel (2), le plus favorable étant un angle de 45". Le bord libre de la voile (5) de longueur (a) au moment du mouvement circulaire de l'aile (4) détermine ses positions extrêmes d'ouverture. Les deux ailes (4) détermine ses positions extrêmes d'ouverture. Les deux ailes (4) fixées sur la fourchette (1) se ferment et s'ouvrent à l'aide d'articulations (6) effectuant chacune séparement un quart de tour en pivotant autour de leur axe horizontal vers les extrêmités fixées par des voiles triangulaires (5) en rapport avec les bras de rappel (2). La turbine à vent pour génératrice fonctionne par un simple mouvement rotatif, autodirectionnel autour de son axe vertical (12). Cette turbine à vent au moment de sa rotation ramène progressivement ses voiles fermées (5) à un point extrême, où la face des voiles se présente en direction perpendiculaire au vent. A ce moment-là, sous la force de la pression du vent, les voiles (5) s'ouvrent entrainant avec elles l'ouverture des ailes (4) et s'exposant aux forces de vent. Après quoi, au moment de tourner contre le vent, celles-ci se referment pour prendre la forme horizontale, similaire à une aile d'avion. on dit de se mettre en drapeau. Des tuyaux en plastique (8) collés avec les toiles triangulaires (5) assurent leur mouvement pivotant autour des axes du bras de rappel (2). Les tuyaux (8) doivent avoir un diamètre à peine supérieur de façon à ce qu'ils puissent tourner librement sur les bras de rappel (2). Cet assemblage si nécéssaire peut contenir des roulements pour des voiles (5) de grandes dimen tions. Les deux bras de rappel (2) et la tête (9) pour s'assembler au mât porteur (3), peuvent être fait séparement, avec grande dimension des bras de rappel (2). Les ailes (4) et les voiles (5) avec les fourchettes porteuses (1) sont fixés à intervalles égaux à l'arbre porteur central (12) qui maintenu par des grands paliers à roulement (13), tourne autour de son axe vertical et fonctionne comme un arbre d'entraînement. Cet arbre par l'intermédiaire d'une roue motrice (14) fixée au bas de l'arbre porteur (12), entraîne par transmission par friction des alternateurs (16). Ils sont fixés au porteur mobile sur l'axe (15), qui sert pour l'enclench ement des alternateurs (16), et qui permet de séléctionner leurs nombres fournissant de l'éléctricité. La roue motrice (14) par son poides important sert de régulateur de vitesse de prise de vent et par son énergie cinétique, elle a pour fonction de stabiliser la vitesse du mouvement de la turbine aux différentes forces du vent. 2) Dispositif de turbine à vent pour génératrice selon la revendication 1 caractérisé en ce que, par rapport aux ailes (4) on aplique un mécanisme de contrepoids (10) qui sert à donner le bon équilibrage au mouvement des ailes et le rendre plus sensible au force du vent. Les ailes en cas de vent nul, devront se mettre en position ouverte par contre au moment de tourner contre un vent léger, elle devront se mettre en position fermée. 3) Dispositif de turbine à vent pour génératrice selon revendication 1 ou revendication 2 caractérisé en ce que, on peut appliquer au dispositif trois solutions pour augmenter le débit du dispositif par l'allongement des mâts proteurs (fig. 7.), par montage des turbines à plusieurs niveaux (fig. 8.), par fixation à intervalles égaux de plusieurs fourchettes porteuses selon le diamètre d'une construction qui tourne en rond (fig. 9.). 4) Dispositif de turbine à vent pour génératrice selon la revendication 1 ou revendication 2 caractérisé en ce que, une tige en acier (7) doit être fixée aux extremités des deux bras de rappel (2), afin de maintenir la rigidité de ceux-ci.