Brevet FR2816374A1 — publié le 20020510

La présente invention concerne un dispositif destiné à transformer la force du vent en énergie électrique ou mécanique. Cette énergie est généralement obtenue par des machines à hélices à axe horizontal. Afin de situer ces hélices dans un flux d'air plus linéaire, on les installe aussi haut que possible au sommet d'un pylône. D'où une fragilité qui limite à la fois leur largeur, leur hauteur, ainsi que la surface réellement travaillée par le flux d'air sur les pales. Une mise en drapeau est indispensable lors de forts coups de vent. Le dispositif selon l'invention, remédie à cette fragilité tout en apportant un rendement bien supérieur, grâce à une plus importante surface des pales, une plus grande solidité, un volume d'occupation dans l'espace moindre. Ce dispositif selon la fig 1, se présente sous l'aspect d'une tour/cage métallique. (Ici vue en plan). Au centre se trouve un axe vertical fixe (1). Sur cet axe s'empile une série de fourreaux (2). De ces fourreaux rayonnent des longerons supérieurs porteurs (9) de panneaux, et des longerons inférieurs d'arrêt de panneaux. Ces longerons supérieurs sont au nombre minimum de trois, optimum de huit, ou plus. Au bout de chaque longeron se trouve un roulement de soutien éventuel (7) pouvant prendre appui sur une piste circulaire (4), solidaire des montants verticaux (8). Ces montants verticaux et les pistes circulaires constituent la tour/cage. Un câblage périphérique (5) réunit entre eux les longerons dans le plan horizontal. Pour les grands allongements un câblage intermédiaire peut être nécessaire. Selon la fig 2, les fourreaux (2) s'empilent les uns sur les autres et sont boulonnés entre eux grâce à des collerettes (6) Ils tournent librement autour de l'axe vertical (1) grâce à des roulements internes (9) Les longerons porteurs (3) sont munis de "roulements ! coquilles" (5) (détail selon fig 4) qui, par leurs brides extérieures, soutiennent les panneaux mobiles A et A'. L'ensemble fourreaux/longerons/ panneaux mobiles/coquilles/câblages/roulements/, constitue un module. Selon fig 2, à la base de l'axe principal (1) se trouve un plateau de roulement (14). Sa face supérieure est boulonnée à la collerette inférieure (6) du module de base ; elle comporte une crémaillère (12) solidaire d'un engrenage correspondant (11) et forme avec celui-ci un ensemble multiplicateur (10) Ces engrenages peuvent être multiples. Un dispositif de freins à disques (7) se trouve en périphérie de cette face supérieure. La face inférieure (15), grâce à des roulements (8) supporte l'ensemble. Elle est traversée et soudée à l'axe vertical, elle est solidaire d'une embase béton. Un dispositif avec un mat rotatif portant directement les longerons, peut être réalisé pour un allongement moyen des pales. Les fourreaux sont alors supprimés. Les longerons supérieurs porteurs (3) de chaque module sont munis de "roulements coquilles" (5), enserrés dans les brides, reliées au panneaux (A A'). Ces panneaux sont mobiles de 900 environ vers le haut et en arrière, tant qu'ils ne sont pas stoppés par le longeron arrière d'arrêt (3') Selon la fig 5, le longeron inférieur d'arrêt (8) est dans le plan vertical légèrement décalé en arrière du longeron supérieur (1) Les longerons supérieurs et inférieurs sont haubanés entre eux. Le longeron inférieur d'arrêt (8) peut comporter en interface avec le panneau mobile (3) un boudin pneumatique, ou toute autre substance servant à amortir le contact panneau ! longeron. Selon la fig 4, un roulement circulaire (2) est solidaire, par sa face interne, du longeron supérieur porteur (1). Une chape de serrage (3) boulonnée sur le panneau (4) grâce à des brides (8) enserre ainsi le roulement par sa face externe. Un étrier (7) solidaire du longeron supérieur (1) est positionné à cheval du roulement chape ! coquille. Un ressort (6) plat, courbe et taré, vient s'appliquer sur la partie plate de l'étrier (7) et amortit le mouvement amère du panneau (4), avant son contact avec le longeron inférieur d'arrêt Selon fig 3 : Vue en plan d'un mat central (1) avec ses emmanchements/supports de longerons (1 0)-"d'un roulement/coquille" (3)-d'un bras supérieur porteur (2)-d'un longeron inférieur d'arrêt (9), bloquant une pale (11) en position verticale-roulements périphériques (6)-piste de roulement (7)-montant de la tour (8)-étrier (4)-ressort amortisseur (5). Les panneaux mobiles sont légers, fins et résistants. Ils peuvent être constitués en métaux légers tels que l'aluminium, duralumin, en fibre naturelles ou synthétiques, enduites de résine, kevlar, carbone/kevlar etc... Les pales dans leur allongement peuvent être constituées de plusieurs panneaux successifs et indépendants les uns des autres Des roues folles peuvent soutenir les longerons Inférieurs du premier module dans le cas de grands allongements. Elles parcourent une piste circulaire à la base de la centrale. Des étriers amovibles, doubles, réunissent alors les longerons supérieurs d'un module, aux longerons inférieurs du module suivant FONCTIONNEMENT Selon fig 5. Face au vent, les panneaux de la centrale en reçoivent la pression de façon différente. Les uns ont tendance à se relever librement en arrière vers l'horizontale (4) ; les autres (3), bloqués par le longeron inférieur (8) restent proches de la verticale. La différence de pression entre les panneaux (3 et 4) met le module en rotation (9) autour de l'axe vertical (11) L'ensemble prend rapidement de la vitesse et l'angle d'incidence du panneau relevé diminue ; la pression de l'air s'exerce sur l'intrados du panneau (4), tandis que des turbulences d'aspiration se créent sur l'extrados, engendrant une poussée aérodynamique verticale (6). Cette poussée se répercute sur le longeron supérieur (1), et soulage l'ensemble. Le décalage arrière, dans le plan vertical, du longeron inférieur d'arrêt (8) permet au panneau (3) d'avoir lui aussi une légère poussée verticale (6') Lorsque le panneau relevé (4), lors de sa rotation, se présente dans le sens du flux (7) il retombe vers la verticale jusqu'à son arrêt par le longeron inférieur (8) et le dispositif d'amortissement (2). Il se présente ensuite face au vent et en capte l'énergie Cette poussée verticale est particulièrement intéressante car l'allègement qui en résulte permet une plus grande vitesse de rotation et une usure moindre des roulements porteurs de la base. Pour simplifier. deux pales seulement sur huit ont été représentées EXEMPLE Une telle centrale, composée de seulement dix modules superposés, aux pales de dix mètres d'allongement environ, aura des panneaux d'une surface de : 10m x 1,50m, soit 15m2 par pale, elle offre au vent un minimum de 150m2 réels. Son encombrement est de 21 m de diamètre au sol environ, pour 16m de haut environ. Elle peut entraîner trois générateurs de 600 KW par vent de 40/60 Km/h. Une éolienne classique tripale de 72m de haut x 43m de diamètre ne présente au vent que 57m2 de surface utile pour entraîner un générateur de 600 KW CONCLUSIONS L'énergie produite par cette centrale est sans rejet ni déchet L'impact visuel dans le paysage est très faible 16m de haut pour l'exemple cité ici. Pas d'impact sur la circulation aérienne. Valorisation de sites ingrats. Facilité de mise en oeuvre, montage rapide peu onéreux, avec du matériel français ; d'où une industrialisation à grande échelle aisée Entretien simplifié. L'amortissement plus facile et plus rapide abaisse le prix du KW. Solidité exceptionnelle (câblage périphérique et tour/cage). Nul besoin, grâce à la grande surface des pales, d'aller chercher très haut un vent linéaire, la centrale s'accommode très bien des rafales et des tourbillons. Elle s'oriente elle même quel que soit le sens du vent. Elle continue à travailler dans les vents les plus violents. NB Un modèle simplifié et très léger, de 2,20m de diamètre, a été testé pendant 22 mois. Il a supporté sans problème, grâce à sa structure, des rafales de vent dépassant 120 Km/h. L'usure du roulement porteur unique, non entretenu, en a seul arrêté le fonctionnement Pour la version"humide", le bief aval des centrales hydroélectriques de faible hauteur de chute, est un site idéal La prise de force se situant alors en sommet d'axe principal. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour capter l'énergie éolienne, caractérisé par l'assemblage sur un axe vertical (1), de modules rotatifs porteurs de pales mobiles (A A') (fig 2). 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le pivotement de panneaux de pales (A A') autour de longerons porteurs (3) grâce à des coquilles rotatives (5). Ces coquilles rotatives sont solidaires et des longerons porteurs, et des panneaux de pales : (fig 2). 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par un dispositif d'amortissement sur les coquilles (5) et les longerons (3). 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par l'allègement obtenu lors de la rotation, par une poussée aérodynamique verticale due à l'incidence des pales au vent (Poussée du flux d'air sur l'intrados, complétée par des turbulences d'aspiration/dépression sur l'extrados) ; il s'y ajoute une légère poussée verticale, sur la pale opposée, grâce au décalage arrière du longeron inférieur (8) par rapport au longeron supérieur (1) (fig 5) 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par des câblages horizontaux (5) entre les longerons (9) donnant une très grande solidité à chaque module (fig 1) 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le montage superposé des modules dans une tour/cage. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par des pistes circulaires (4), solidaires de la tour, parcourues par les roulements de soutien (7) en bout de longeron (9) (fig 1). 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par des roues folles intermédiaires, sur une piste au sol, pour les grands allongements de pales 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par des étriers intermédiaires pouvant relier les modules entre eux par les longerons supérieurs aux longerons inférieurs suivants. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par un fonctionnement identique dans un flux hydraulique continu ou alternatif (rivières, marées, vagues).