Brevet FR2855563A1 — publié le 20041203

La présente invention concerne une éolienne montée sur un mât vertical et comportant une hélice actionnée par le vent qui est équipée de pales mobiles en rotation autour d'un axe notamment horizontal ainsi qu'un alternateur coopérant avec l'hélice pour fournir de l'énergie électri5 que. Les spécialistes cherchent depuis longtemps à récupérer l'énergie éolienne qui a l'avantage d'être propre, c'est-à-dire de ne pas engendrer de pollution thermique ou chimique et parallèlement d'être inépuisable. Ces avantages sont toutefois compensés dans une large mesure par une série d'inconvénients en particulier liés au caractère dispersé et intermittent du vent; il est en outre bien connu que les " parcs " d'éoliennes consomment beaucoup d'espace et ne fonctionnent pas sans nuisances sonores. Ces inconvénients font que le marché des éoliennes n'a pas connu ces dernières années l'essor auquel on aurait pu s'attendre et que les perspectives de développement dans ce domaine sont aujourd'hui très larges. De manière plus précise, les éoliennes actuellement utili20 sees sont fréquemment équipées d'hélices à pales radiales et à axe horizontal analogues à celles permettant la propulsion d'avions, mais en règle générale beaucoup plus grandes. De telles hélices coopèrent classiquement avec des dynamos ou des alternateurs industriels équipés d'entraînement multiplicateurs de 25 vitesse, ce qui les rend lourdes, coûteuses et de faible rendement. Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé notamment conformément au document FR-2 793 528 une éolienne équipée de pales hélicoïdales inclinées vers l'amont portées par un gros moyeu ainsi que d'un carénage externe circulaire fixe de longueur relativement 30 faible monté concentriquement à l'axe de rotation des pales et entourant celles- ci à proximité de leurs extrémités. Dans une telle éolienne, le carénage comporte de préférence un bord d'attaque arrondi suivi d'une carène épaisse et d'un bord de fuite mince divergent. Cette configuration particulière permet de concentrer le flux d'air et d'obtenir une accélération uniforme de ce flux au niveau de la surface circonscrite par les extrémités des pales. Le carénage externe définit ainsi un diffuseur statique externe convergent / divergent qui permet d'obtenir une survitesse au droit des pales et augmente l'énergie transmise. La présente invention a pour objet d'améliorer la rentabilité 5 et les performances d'une éolienne du type susmentionné, c'est-à-dire d'une éolienne montée sur un mât vertical et comportant une hélice actionnée par le vent qui est équipée de pales mobiles en rotation autour d'un axe notamment horizontal, ainsi qu'un alternateur coopérant avec l'hélice pour fournir de l'énergie électrique et un carénage externe circulo laire fixe de longueur relativement faible monté concentriquement à l'axe de rotation des pales et entourant celles-ci. L'idée à la base de l'invention a consisté à concentrer le flux d'air traversant la surface circonscrite par les extrémités des pales au niveau de celles-ci. En effet la zone voisine de l'extrémité des pales correspond à la zone efficace de l'éolienne, alors que l'air qui passe à la partie médiane de celle-ci est pratiquement inactif. Selon l'invention, il est par suite proposé d'adjoindre un volume important à la partie médiane de l'éolienne, pour diminuer la sur20 face de passage du flux d'air et par suite augmenter sa vitesse. Il est connu que lorsque la surface exposée au vent augmente, la vitesse du vent diminue et lorsque la surface exposée au vent diminue, la vitesse du vent augmente. En conséquence, l'invention concerne une éolienne du type 25 susmentionné caractérisé en ce qu'elle comporte un carénage médian fixe centré sur l'axe de rotation des pales et constitué par un élément de revolution de gros diamètre comportant un nez aérodynamique de forme ovoïdale se prolongeant par un capot fuselé à sa partie avale considérée dans le sens du vent. Ce carénage médian définit un diffuseur statique interne divergent / convergent permettant de concentrer le flux d'air et donc l'énergie du vent au niveau de l'extrémité des pales en rotation. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le carénage médian est entouré d'un anneau rotatif monté 35 concentriquement et portant les pieds des pales. Pour augmenter la rentabilité de l'éolienne, cet anneau rotatif est de préférence monté dans la zone de diamètre maximum du carénage central. Compte tenu de ce qui précède, les caractéristiques particulièrement avantageuses de l'éolienne qui fait l'objet de l'invention sont la conséquence de deux principes physiques à savoir d'une part le fait que dans une éolienne la transmission de l'énergie du vent est principalement 5 réalisée au niveau des extrémités des pales, et d'autre part le fait que la puissance entrant dans une éolienne est égale à la puissance qui en sort de sorte que la vitesse du vent est fonction de la surface qu'il traverse. Pour cette raison, il est avantageux de diminuer autant que possible la surface exposée au flux d'air en concentrant celui-ci au niveau 10 de la périphérie de l'éolienne, c'est-à-dire au niveau du diffuseur statique externe situé à proximité des extrémités des pales, là o l'énergie du vent est utilisée de manière optimum. Selon une autre caractéristique de l'invention, le carénage central est constitué par une structure gonflable, permettant ainsi de di15 minuer son poids au maximum. Il est à noter que l'invention pourrait également s'appliquer à une turbine hydraulique équipée de deux diffuseurs ayant une structure similaire. Les caractéristiques de l'éolienne qui fait l'objet de 20 l'invention seront décrites plus en détail en se référant au dessin annexé qui est une représentation schématique d'une telle éolienne. Selon la figure, l'éolienne qui est montée sur un mât vertical non représenté comporte une hélice 1 orientée face au vent V et équipée d'un ensemble de pales 2 mobiles en rotation autour d'un axe horizontal 25 XX'. L'hélice 1 coopère avec un alternateur non représenté lui permettant de fournir de l'énergie électrique. L'hélice 1 est par ailleurs entourée d'un carénage externe circulaire fixe 3 de longueur ú relativement faible par rapport à son dia30 mètre, monté concentriquement à l'axe de rotation X-X' des pales 2 et entourant celles-ci à proximité immédiate de leur extrémité libre 4. Le carénage 3 comporte un bord d'attaque arrondi 5 se prolongeant dans la direction du vent V par une carène épaisse 6 et par un bord de fuite mince divergent 7. Le carénage externe 3 définit ainsi un diffuseur statique externe convergent / divergent permettant de concentrer le flux d'air V sur une section S correspondant à la surface circonscrite par les extrémités 4 des pales 2. Selon la figure l'éolienne comporte également un carénage médian 8 centré sur l'axe de rotation X-X' des pales 2. Ce carénage médian 8 est constitué par un élément de révolution de gros diamètre comportant un nez aérodynamique 9 de forme 5 ovoïdale situé face au vent V et se prolongeant à sa partie avale, dans le sens du vent V par un capot fuselé 10. Ce carénage médian 8 qui peut avantageusement être constitué par une structure gonflable définit un diffuseur statique interne divergent / convergent ayant pour fonction de diminuer la surface traver10 sée par le flux d'air V à la partie interne du carénage externe 3, au niveau de la partie médiane de celui-ci o il est pratiquement inactif. Le flux d'air V est ainsi concentré à proximité de la paroi intérieure du diffuseur externe 3, c'est-à-dire au niveau des extrémités 4 des pales 2, là o la récupération de la puissance de l'énergie cinétique du vent V est optimum. Selon la figure, le carénage médian est par ailleurs équipé, dans sa zone de diamètre maximum d'un anneau rotatif 11 monté concentriquement et portant les pieds 12 des pales 2. REVENDICATIONS 10) Eolienne montée sur un mat vertical et comportant une hélice actionnée par le vent qui est équipée de pales mobiles en rotation autour d'un axe notamment horizontal, ainsi qu'un alternateur coopérant avec l'hélice s pour fournir de l'énergie électrique et un carénage externe circulaire fixe de longueur relativement faible monté concentriquement à l'axe de rotation des pales et entourant celles-ci, ce carénage externe définissant un diffuseur statique externe convergent / divergent, caractérisée en ce qu' elle comporte un carénage médian (8) fixe centré sur l'axe de rotation (XX) des pales (2) et constitué par un élément de révolution de gros diamètre comportant un nez aérodynamique (9) de forme ovoidale se prolongeant par un capot fuselé (10) à sa partie avale, ce carénage médian (8) définissant un diffuseur statique interne divergent / convergent. 15 2 ) Eolienne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le carénage médian (8) est entouré d'un anneau rotatif (11) monté concentriquement et portant les pieds (12) des pales (2). 20 3 ) Eolienne selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'anneau rotatif (11) est monté dans la zone de diamètre maximum du carénage médian. 4 ) Eolienne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le carénage médian (8) est constitué par une structure gonflable.