Brevet FR2971560A1 — publié le 20120817

Le monde consomme de plus en plus d'énergie et il est clair qu'il nous faut polluer de moins en moins. II convient donc d'utiliser ces énergies appelées « renouvelables » parmi lesquelles le vent présente une disponibilité remarquable. Les éoliennes sont donc d'actualité avec une offre très vaste allant des plus petits modèles jusqu'aux projets d'implantation, terrestres ou offshore, qui son énormes. Généralement utilisées pour produire de l'électricité, elles servent également pour pomper des liquides ou comprimer des gaz. L'être humain a toujours utilisé le vent mais n'a pas toujours réussi à le dominer et à l'utiliser en permanence. Même actuellement certaines grandes éoliennes ont besoin d'un vent minimum, assez élevé, pour commencer à produire et, malheureusement, arrêtent de produire quand le vent devient trop fort pour elles. On peut trouver ça aberrant car il semble logique de produire beaucoup quand le vent est fort. C'est cette réflexion qui est à la base de l'invention objet de ce brevet. L'éolienne à axe vertical présente l'avantage d'utiliser le vent, quelque soit sa direction. Le rotor vertical, (voir planche 2) qui nous concerne pour ce brevet, est composé de deux ou plusieurs pales dont le profil est courbe donc présentant une partie convexe appelée r extrados et une partie concave appelée l'intrados. Ces pales sont fixées sur deux disques, l'un au dessus et l'autre au dessous, traversés par un axe vertical solidaire des disques. Selon la disposition de ses pales, il peut tourner dans un sens ou dans l'autre. La pression du vent exercée sur les pales lui présentant leur intrados est supérieure à celle exercée sur les pales lui présentant leur extrados ; ce qui fait que le rotor tourne sur lui-même autour de son axe. Une partie génère de la puissance mais l'autre est un frein. On comprend donc facilement que si on diminue ou si on annule la pression du vent sur les pales lui présentant leur extrados, on élimine ce frein et on augmente la puissance du rotor et sa vitesse de rotation. 35 L'invention objet de ce brevet consiste en un DISPOSITIF périphérique à un rotor vertical d'éolienne qui a pour but d'en optimiser le rendement par vent de force normale et de la protéger en cas de vent excessif mais sans la stopper pour qu'elle continue à produire. Le dispositif se veut simple car une éolienne travaille dans un environnement hostile, rayons UV du soleil, humidité, air salin et chargé de particules abrasives ce qui occasionne de l'usure et de l'oxydation donc des pannes qui impliquent des frais de maintenance. Donc, plus le dispositif est simple, plus il est fiable et moins il coûte. Ce dispositif convient à tout type d'éoliennes à axe vertical depuis celles de petite taille, pour des usagers particuliers, jusqu'à celles de très grandes dimensions pour une utilisation industrielle. 15 On considère une embase sur laquelle est fixé un moyeu lui-même traversé par l'axe vertical d'un rotor. Le dispositif se compose d'un support fixé sur l'axe du rotor, au dessus du disque supérieur et au dessous du disque inférieur. Sur ce support est fixé un déflecteur qui se positionnera en fonction de la 20 direction du vent, de sa puissance et de la vitesse de rotation du rotor grâce aux organes suivants : un aileron fixe, un contrepoids, un aileron réglable et un système centrifuge d'entraînement. Le support (S) du dispositif (planche 3) est composé de : Un ensemble rigide de tiges ou plaques (S1), fixées sur un palier monté sur l'axe vertical du rotor, et d'une couronne (S2), sur la partie supérieure dans l'exemple décrit. Sur la partie inférieure, dans l'exemple décrit, un ensemble rigide de tiges ou plaques fixées sur un palier monté sur l'axe vertical du rotor. Trois tiges verticales (S3) qui donnent sa rigidité au dispositif et qui supportent le déflecteur et les deux ailerons. 10 25 30 35 Une tige ou plaque (S4) qui supportera la vis de réglage de l'aileron réglable. Pour des rotors de petite taille il sera fixé sur l'axe vertical du rotor au moyen de roulements et/ou de paliers. Pour des rotors de diamètre plus important il pourra être fixé à la fois sur l'axe 5 vertical et/ou sur la périphérie du rotor. Le support permet au dispositif de se déplacer en rotation, librement, tout autour du rotor. Le déflecteur (planche 4) (D), pièce essentielle du dispositif, est une plaque 10 rigide, courbe ou galbée fixée sur les parties supérieure et inférieure du support de même hauteur que le rotor. De par sa largeur il masquera le rotor sur une partie de sa circonférence, d'un sixième à un tiers, en fonction du diamètre du rotor et du nombre de ses pales. La courbure et le galbe du déflecteur seront fonction du diamètre du rotor et du 15 nombre de ses pales. Le déflecteur sera fixé au support de façon à ce que sa partie avant, appelée « bord d'attaque » (D1) soit proche du rotor mais sans le toucher tandis que sa partie arrière appelée « chute » (D2) en sera écartée de façon à former un 20 angle (D3) avec le bord du rotor qui sera plus ou moins important en fonction du diamètre du rotor et du nombre de ses pales. C'est grâce à cet angle et au galbe du déflecteur que la simple action du vent sur son intrados et son extrados fera qu'il se positionnera devant la partie du rotor où les pales présentent leur extrados au vent donc augmentera la 25 puissance du rotor. Le comportement du déflecteur est similaire à celui du spinnaker ou du kite. Il a tendance à osciller, c'est-à-dire a faire des va et vient d'un côté et de l'autre, en fonction des sautes de vent. II convient donc de le stabiliser au moyen de deux ailerons. 30 35 10 15 20 25 L'aileron fixe (planche 5) (AF) est un volet fixé sur le support plus ou moins à l'opposé du bord d'attaque du déflecteur; il est de la même hauteur que le déflecteur. Sa largeur et sa position peuvent varier en fonction du diamètre du rotor et du nombre de ses pales. La pression du vent qui s'exerce sur l'aileron fixe déplace le déflecteur vers la partie du rotor où les pales présentent leur intrados au vent et, par conséquent, diminuera la puissance du rotor et sa vitesse. L'AILERON REGLAELE (planche 5) L'aileron réglable (AR) est un volet fixé sur la chute du déflecteur (D2), au moyen d'une charnière (AR4); il peut donc osciller autour de cette charnière. Sa hauteur est celle du déflecteur et sa largeur dépend du diamètre du rotor et du nombre de ses pales. La pression du vent qui s'exerce sur l'aileron réglable est contraire à celle exercée sur l'aileron fixe (AF). Le réglage de cet aileron se fait au moyen d'un ensemble « vis écrou » fixé à une tige solidaire du support. Cette vis (AR1), qui supporte un ressort (AR3) et un écrou de réglage (AR2), traverse un orifice pratiqué dans l'aileron (AR) qui peut donc osciller légèrement sous l'action du vent, en comprimant le ressort réglé par l'écrou. C'est en agissant sur cet écrou qu'il est possible d'ajuster et de stabiliser l'ensemble du dispositif pour que le déflecteur se place automatiquement devant les pales rotor qui présentent leur extrados au vent et qu'il s'oriente en fonction des changements de direction du vent. II reste maintenant à protéger l'éolienne en cas de vent excessif car elle se détériorera si elle tourne trop vite, si elle « s'emballe ». Le système centrifuge (planche 6) (C) a pour but de déplacer le déflecteur devant les pales du rotor qui présentent leur intrados au vent et, par conséquent, diminuer la puissance du rotor et sa vitesse. 30 35 10 15 Il se compose d'un roulement à billes (Cl) contenu et fixé au moyen d'un axe (C2) dans l'évidement pratiqué dans l'extrémité d'une masse métallique (C3), dont la taille et le poids sont fonction du diamètre du rotor et du nombre de ses pale. L'autre extrémité de cette masse est traversée par un axe (C4), fixé sur le disque supérieur du rotor, autour duquel elle peut tourner librement. Le système devient actif quand la vitesse du rotor augmente excessivement. Dans ce cas la masse qui supporte le roulement à billes tend à s'écarter vers l'extérieur par à la force centrifuge. Plus le rotor tourne vite, plus la pression est forte et plus le roulement à billes, qui roule sur la couronne du support du déflecteur accentue sa pression et entraîne progressivement le dispositif dans le sens de sa rotation. Quand la vitesse du vent baisse, la vitesse du rotor descend également, la pression du roulement sur la couronne diminue et le dispositif reprend sa position originale. Selon le diamètre du rotor et le nombre de ses pales, il peut y avoir plusieurs systèmes centrifuges. 20 25 30 35 3/ REVENDICATIONS1/ Dispositif périphérique à un rotor vertical d'éolienne qui se caractérise par un déflecteur (D) qui se déplace autour du rotor pour en masquer une partie ce qui a pour effet, dans un cas, d'en optimiser le rendement et dans l'autre de le protéger en cas de vent excessif. Ce dispositif se compose d'un support (S) fixé sur l'axe du rotor vertical (ARV), d'un déflecteur (D), d'un aileron fixe (AF) qui supporte un contrepoids (CP), d'un aileron réglable (AR) et d'un système centrifuge d'entraînement (SCE). 2/ 10 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le support (S), se compose de: Sur sa partie supérieure : un ensemble de tiges ou de plaques (S1) fixées sur un palier monté sur l'axe vertical du rotor (ARV) et d'une couronne (C) destinée à servir de piste de 15 roulement au(x) roulement(s) à billes (Cl) formant partie du système centrifuge (SCE) décrit plus bas. Sur sa partie inférieure : un support (S) composé d'un ensemble de tiges ou de plaques (S1) fixées sur un palier monté sur l'axe vertical du rotor (ARV), trois tiges ou plaques 20 verticales (S3) qui donnent sa rigidité au dispositif et qui supportent le déflecteur (D) et les deux ailerons (AR) et (AF). Pour des rotors de petite taille le support sera fixé sur l'axe vertical du rotor (AVR) au moyen de roulements et/ou de paliers. Pour des rotors de diamètre plus important il pourra être fixé sur t'axe vertical 25 et/ou sur la périphérie du rotor. Le support permet au dispositif de se déplacer en rotation, librement, tout autour du rotor. Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déflecteur (D) est une plaque rigide de forme courbe ou galbée. Le déflecteur (D) sera fixé au 30 support (S) de façon à ce que sa partie avant, appelée « bord d'attaque » (D1) soit proche du rotor mais sans te toucher tandis que sa partie arrière appelée « chute » (D2) en sera écartée de façon à former un angle (D3) qui pourra dépendre du diamètre du rotor et du nombre de ses pales. C'est grâce à cet angle (D3) et au galbe du déflecteur que la simple action du 35vent sur son intrados et son extrados fera qu'il se positionnera devant la partie du rotor où les pales présentent leur extrados (EXT) au vent, évitant un phénomène de freinage,ce qui augmentera la puissance du rotor. 4/ 5 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'aileron fixe (AF) se caractérise par sa forme de volet fixé sur le support à l'arrière du rotor; il est de la même hauteur que le déflecteur (D). La pression du vent qui s'exerce sur l'aileron fixe (AF) est contraire à celle exercée sur l'aileron réglable (AR) car ils sont disposés de part et d'autre du rotor ; sa fonction est donc de déplacer le 10 déflecteur (D) vers la partie du rotor où les pales présentent leur intrados (INT)au vent et, par conséquent, diminuera la puissance du rotor et sa vitesse en cas de vent excessif. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'aileron réglable (AR) est un volet fixé sur la chute (D2) du déflecteur (D), au moyen d'une charnière (CH); il peut donc osciller autour de cette charnière (CH). La pression du vent qui s'exerce sur l'aileron réglable (AR) est contraire à celle exercée sur l'intrados et l'extrados du déflecteur ce qui tendra à le faire se déplacer dans la direction du vent. Le réglage de cet aileron (AR) se fait au moyen d'un ensemble « vis écrou » (V, R, ER), qui règle la pression d'un ressort, fixé à une tige (T) elle-même fixée sur le support (S). Cette vis (V) traverse un orifice pratiqué dans l'aileron (AR) qui peut osciller, sous l'action du vent, en comprimant le ressort (R) réglé par l'écrou (ER). Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système centrifuge (SCE) a pour but de déplacer le déflecteur (D) devant les pales du rotor qui présentent leur intrados au vent et, par conséquent, diminuera la puissance du rotor et sa vitesse pour le protéger des vents excessifs sans toutefois l'arrêter. Il se compose d'un roulement à billes (Cl) contenu et fixé au moyen d'un axe (C2) dans l'évidement pratiqué dans l'extrémité d'une masse métallique (C3), dont la taille et le poids sont fonction du diamètre du rotor et du nombre de ses pale. L'autre extrémité de cette masse est traversée par un axe (C4), fixé sur le disque supérieur du rotor (DSR, autour duquel elle peut tourner librement, sa 5/ 15 20 25 6/ 30 35 10course étant limitée par la butée du roulement à billes sur la couronne © du support (S). Ce système centrifuge (SCE) devient actif quand la vitesse du rotor augmente excessivement sous l'action d'un vent excessif. Dans ce cas, la masse (C3) qui supporte le roulement à billes (Cl) tend à s'écarter vers l'extérieur par l'action de la force centrifuge. Plus le rotor tourne vite, plus cette action est importante et plus le roulement à billes (Cl) accentue sa pression sur la couronne (C) du support du déflecteur (D), l'entraînant progressivement, ainsi que le reste du dispositif dans le sens de sa rotation pour masquer es pales du rotor présentant leur intrados au vent. Quand la vitesse du vent baisse, la vitesse du rotor descend également, la pression du roulement (Cl) sur la couronne (C) diminue et l'ensemble support (S) et déflecteur (D) reprend sa position originale. Selon le diamètre du rotor et le nombre de ses pales, il peut y avoir plusieurs systèmes centrifuges. 15 20 25 30 35