Brevet FR2964421A1 — publié le 20120309

La présente invention a pour objet un dispositif d'éolienne de toiture. Un dispositif d'éolienne de toiture consiste en une éolienne disposée sur le toit d'un bâtiment, permettant d'utiliser la hauteur dudit bâtiment pour capter les flux d'air. Les rotors utilisés sont de tous types, à savoir à axe de rotation vertical ou horizontal, avec axe de rotation sensiblement dans la direction du vent ou sensiblement à angle droit avec la direction du vent. Les plus fréquents sont les rotors à axe horizontal parallèle au faîte du toit. Les plus fréquents des dispositifs d'éolienne de toiture comportent chacun un rotor placé dans un châssis destiné à être disposé sur le faîte d'une toiture, ledit châssis comprenant sur chacun des deux côtés du toit, de part et d'autre de l'arête faîtière, un ensemble de déflecteurs aptes à concentrer les flux d'air en direction dudit rotor. On connaît de nombreux dispositifs d'éolienne de toiture tels que par exemple ceux décrits dans le document FR2939172 au nom de la Demanderesse, ou dans les documents DE 9314187 et DE 19644890. Dans le document FR2939172 il est ainsi proposé une éolienne de toiture équipée d'un rotor à géométrie variable lui permettant de s'adapter à la vitesse du vent, et même de se soustraire complètement à ses effets dans un but de protection lorsqu'il atteint des vitesses élevées. On a cependant constaté sur ces dispositifs d'éolienne lors de vitesses élevées du vent, l'apparition dans la veine d'écoulement d'une surpression à l'extérieur du dispositif en amont du rotor et, au-dessus du dispositif, d'une dépression ayant tendance à aspirer le flux d'air à l'extérieur de la veine d'écoulement et ce d'autant plus fort que la vitesse de vent est élevée. Ceci a pour effet de ralentir le rotor, voire de l'immobiliser, ce qui permet avantageusement d'auto protéger graduellement et naturellement l'éolienne des fortes vitesses de vent en réalisant une sorte de bouchon aéraulique, et donc de s'affranchir de l'utilisation d'un rotor à géométrie variable, mais par contre cela limite l'exploitation du vent. Aussi, la présente invention a pour but de proposer un dispositif d'éolienne de toiture qui présente de nombreux avantages, d'une part du point de vue du rendement, et d'autre part du point de vue fonctionnement, et qui de plus est modulaire en sorte de pouvoir être adapté à l'architecture du toit, notamment à ses pentes, tout en conservant ses performances de rendement et de fonctionnement. Le dispositif d'éolienne de toiture selon l'invention comporte un rotor d'axe de rotation horizontal sensiblement à angle droit avec la direction du vent, et placé dans une veine d'écoulement définie par une structure destinée à être disposée sur le faîte d'une toiture, ladite structure comprenant sur chacun des deux côtés du toit, de part et d'autre de l'arête faîtière, un ensemble de déflecteurs formant un tunnel apte à concentrer les flux d'air en direction dudit rotor, et il se caractérise en ce que ladite structure comporte un évent, se présentant sous la forme d'au moins un conduit qui débouche d'une part dans ladite veine d'écoulement, et d'autre part extérieurement à ladite structure, au-dessus de celle-ci. En cas de fortes vitesses de vent, l'évent permet à la dépression d'aspirer une partie du flux d'air de la veine d'écoulement, et donc de faire décroître la surpression, et ainsi autoriser l'alimentation du rotor et donc sa rotation. Selon une caractéristique additionnelle du dispositif d'éolienne selon l'invention, l'évent débouche dans la veine d'écoulement dans une zone médiane de celle-ci. Selon une autre caractéristique additionnelle du 30 dispositif d'éolienne selon l'invention, l'évent débouche dans la veine d'écoulement à la verticale du rotor. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif d'éolienne selon l'invention, l'embouchure de l'évent disposée du côté de la veine d'écoulement se présente sous la 35 forme d'une fente s'étendant parallèlement à l'axe du rotor. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif d'éolienne selon l'invention, l'évent comporte des moyens d'obturation variable. En modulant l'ouverture de l'évent tous les points de 5 fonctionnement entre la pleine puissance et le régime de protection maximale sont possibles. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif d'éolienne selon l'invention, les moyens d'obturation variable consistent en au moins un volet prévu apte à fermer 10 l'embouchure de l'évent située du côté du rotor. Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif d'éolienne selon l'invention, les moyens d'obturation variable sont associés à des moyens de mesure de la force du vent. 15 Selon une autre caractéristique additionnelle du dispositif d'éolienne selon l'invention, chacun des ensembles de déflecteurs comprend quatre parois, deux parois latérales, une paroi supérieure et une paroi inférieure, lesdites parois formant un tunnel en forme de cône allant en rétrécissant de son 20 extrémité extérieure vers son extrémité du côté du rotor, et elles sont conformées, intérieurement audit tunnel en sorte que la zone de jonction entre deux parois adjacentes présente un profil carré du côté de ladite extrémité extérieure, et un profil arrondi du côté dudit rotor, le passage d'un profil à 25 l'autre étant réalisé progressivement; et en ce que ladite structure et lesdits ensembles de déflecteurs comportent des moyens conçus aptes à permettre une adaptation aux pentes de la toiture, tout en conservant pour lesdits tunnels le même rapport entre leur ouverture du côté extérieur et leur ouverture du côté 30 dudit rotor. Les avantages et les caractéristiques du dispositif d'éolienne selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente un mode de réalisation non limitatif. 35 Dans le dessin annexé : - la figure 1 représente une vue schématique en coupe longitudinale médiane d'un dispositif d'éolienne selon l'invention. - les figures 2 et 3 représentent des vues schématiques 5 en élévation du même dispositif d'éolienne et illustrant son fonctionnement. En référence à la figure 1, on peut voir un dispositif d'éolienne 1 selon l'invention, installé sur une toiture 2 dont sont visibles la charpente 20, notamment des chevrons 21 et une 10 panne faîtière 22. La toiture 2 est de type classique, à savoir qu'elle comporte deux pentes 23 et 24 faisant chacune le même angle. Le dispositif d'éolienne 1 selon l'invention comporte une structure 3 comprenant deux tunnels 30 longeant chacun une pente 15 du toit, 23 et 24, et se rejoignant à l'aplomb de la panne faîtière 22. Chacun des tunnels 30 est de forme générale conique, ou tronconique, c'est-à-dire qu'il va en rétrécissant depuis son ouverture 31. La structure 3 est essentiellement constituée d'une paroi inférieure 32, d'une paroi supérieure 33 20 et de deux parois latérales 34, dont une seule est visible. Ces parois 32, 33 et 34 forment les tunnels 30. On notera que de manière avantageuse les tunnels 30 sont prévus indépendants l'un de l'autre, en sorte qu'ils puissent être orientés angulairement de manière différente l'un par 25 rapport à l'autre, de manière que le dispositif d'éolienne 1 puisse être adapté à la forme de la toiture 2, et plus particulièrement aux pentes 23 et 24. La structure 3 renferme, disposé à la jonction des deux tunnels 30, un rotor 4 d'axe horizontal, parallèle à la panne 30 faîtière 22. En l'occurrence il s'agit d'un rotor, non limitativement, de type Savonius. La structure 3, et plus particulièrement la paroi supérieure 33, est munie d'un conduit 5 qui la traverse dans sa région médiane, à la verticale du rotor 4. Ainsi ce conduit 5 35 comporte une extrémité intérieure 50 qui débouche au dessus du rotor 4, et une extrémité extérieure 51 qui débouche extérieurement au dispositif d'éolienne 1, au-dessus de celui-ci. Ce conduit 5 est destiné à constituer un évent permettant d'équilibrer les pressions entre l'intérieur du dispositif d'éolienne et l'extérieur et au-dessus de cette dernière, notamment lorsque la vitesse du vent est élevée. Le conduit 5 peut être disposé en différents endroits, l'essentiel étant que son extrémité extérieure 51 débouche au-dessus du dispositif d'éolienne 1. L'extrémité intérieure 50 doit déboucher dans la veine d'écoulement, de préférence elle débouche au-dessus du rotor 4. Avantageusement, l'extrémité intérieure 50 se présente sous la forme d'une gorge transversale, parallèle à l'axe du rotor 4 et s'étendant sur toute la largeur de la structure 3. Dans une forme de réalisation préférentielle, le conduit 5 se présente sous la forme d'un espace pratiqué transversalement dans la paroi supérieure 33. Le conduit 5 est de plus équipé d'un moyen d'obturation, qui en l'occurrence consiste en un volet 52, prévu apte à boucher l'extrémité intérieure 50. Ce moyen d'obturation 52 est associé à des moyens moteurs, non représentés, permettant de le manoeuvrer en ouverture ou en fermeture selon la vitesse du vent. De préférence, le moyen d'obturation est rappelé en ouverture par des moyens élastiques, et entraîné en fermeture par la force du vent, le réglage de fonctionnement étant réalisé au travers du tarage des moyens élastiques. En référence maintenant aux figures 2 et 3, on peut voir les flux d'air générés par le vent, et visualiser les effets du dispositif d'éolienne selon l'invention. Sur la figure 2, le conduit 5 est fermé, ce qui correspond à une éolienne de toiture de l'état de la technique, tandis que sur la figure 3, le conduit 5 est ouvert. Sur la figure 2 on peut constater qu'en cas de vitesse élevée du vent, il se crée dans la veine d'écoulement en amont du rotor 4, une surpression S, et au-dessus du dispositif d'éolienne une dépression D, qui tendent à immobiliser le rotor. Sur la figure 3, on peut voir qu'en ouvrant le conduit 5, on permet à la dépression D d'aspirer un flux d'air F, en sorte de tendre à équilibrer les pressions, et donc à permettre au rotor 4 de tourner. Ainsi, contrairement à une éolienne classique il est possible de continuer l'exploitation et la production, même par vent très fort. En cas de vitesse trop élevée du vent, le conduit 5 est fermé, et le dispositif d'éolienne retrouve un comportement aéraulique normal, à savoir qu'il se crée un bouchon aéraulique qui assure la protection de l'installation. REVENDICATIONS1) Dispositif d'éolienne de toiture comportant un rotor (4) d'axe de rotation horizontal sensiblement à angle droit avec la direction du vent, et placé dans une veine d'écoulement définie par une structure (3) destinée à être disposée sur le faîte d'une toiture (2), ladite structure (3) comprenant sur chacun des deux côtés (23, 24) du toit, de part et d'autre de l'arête faîtière (22), un ensemble de déflecteurs (32, 33, 34) formant un tunnel (30) apte à concentrer les flux d'air en direction dudit rotor (4), caractérisé en ce que ladite structure (3) comporte un évent (5), se présentant sous la forme d'au moins un conduit qui débouche d'une part dans ladite veine d'écoulement, et d'autre part extérieurement à ladite structure (3), au-dessus de celle-ci. 2) Dispositif d'éolienne selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que l'évent (5) débouche dans la veine d'écoulement dans une zone médiane de celle-ci. 3) Dispositif d'éolienne selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'évent (5) débouche dans la veine d'écoulement à la verticale du rotor (4). 20 4) Dispositif d'éolienne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embouchure (50) de l'évent (5) disposée du côté de la veine d'écoulement se présente sous la forme d'une fente s'étendant parallèlement à l'axe du rotor (4). 25 5) Dispositif d'éolienne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'évent (5) comporte des moyens (52) d'obturation variable. 6) Dispositif d'éolienne selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'obturation variable 30 consistent en au moins un volet (52) prévu apte à fermer l'embouchure (50) de l'évent (5) située du côté du rotor (4). 7) Dispositif d'éolienne selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens (52) d'obturation variable sont associés à des moyens de mesure de la force du vent. 8) Dispositif d'éolienne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des ensembles de déflecteurs comprend quatre parois, deux parois latérales (34), une paroi supérieure (33) et une paroi inférieure (32), lesdites parois formant un tunnel (30) en forme de cône allant en rétrécissant de son extrémité extérieure (31) vers son extrémité du côté du rotor (4), et elles sont conformées, intérieurement audit tunnel (30) en sorte que la zone de jonction entre deux parois adjacentes présente un profil carré du côté de ladite extrémité extérieure (31), et un profil arrondi du côté dudit rotor (4), le passage d'un profil à l'autre étant réalisé progressivement; et en ce que ladite structure (3) et lesdits ensembles de déflecteurs (32, 33, 34) comportent des moyens conçus aptes à permettre une adaptation aux pentes (23, 24) de la toiture (2), tout en conservant pour lesdits tunnels (30) le même rapport entre leur ouverture du côté extérieur et leur ouverture du côté dudit rotor (4).