Brevet FR2997735A1 — publié le 20140509

- 1 - La présente invention concerne une éolienne ou hydrolienne, à axe vertical, qui sous l'effet du seul mouvement du fluide offre un profil de pale asymétrique à l'axe, et ceci par le seul dispositif mécanique objet de ce brevet. Les éoliennes à axe vertical existantes, offrent un profil symétrique par rapport au vent et seul un facteur de forme permet leur rotation. Leur rendement est donc faible. D'autre part, leur profil étant symétrique à l'axe, l'effort sur le mat vertical est élevé par vent fort et peut entrainer leur destruction. Par vent faibles, les éoliennes à hélices ont un mauvais rendement du fait de la faible 10 surface des pales. Par vent fort, les éoliennes à hélices doivent être arrêtées parce qu'elles offrent une trop grande résistance au vent. Certains brevets d'éoliennes ne sont pas autonomes, dans le sens ou la programmation de la position des pales n'est pas effectuée par la mécanique de l'éolienne elle-même. 15 D'autres brevets ne constituent pas une solution industrielle, dans le sens ou la conception de l'ensemble ne permet pas une résistance aux vents violents, par un mat fixé au sol. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Il comporte en effet selon une première caractéristique, un mat(1) fixé au sol, perpendiculaire aux mouvements 20 du fluide dont on veut en extraire l'énergie. Sur le mat, un châssis (2) peut tourner autour de l'axe du mat. Le châssis (2) supporte un nombre N de paires de pales (3), dont les axes, perpendiculaires au mat (1), peuvent tourner sur eux-mêmes. Selon une deuxième caractéristique, sous l'effet du mouvement du fluide, les paires de 25 pales passent de la position « repos » (fig. 3) à la position « travail » (fig. 4). Dans la position repos, le plan de chaque pale forme un angle de +/-45° avec le plan du mouvement du fluide. Dans la position travail, la pale qui tend vers la position verticale sous l'effet du mouvement du fluide, dite pale suiveuse, devient verticale. 30 Dans la position travail, la pale qui tend vers la position horizontale sous l'effet du mouvement du fluide, dite pale contraire, devient horizontale. Selon une troisième caractéristique, des butées (4) permettent de limiter la rotation des paires de pales (3), de telle sorte que les pales suiveuses ne dépassent pas la position verticale et que les pales contraires ne dépassent pas la position horizontale. 35 Selon une quatrième caractéristique, des contrepoids (5) ou des ressorts, peuvent aider le basculement des paires de pales, de leur position de repos (fig. 3), vers la position de travail (fig. 4) (quand le plan de la pale qui s'oppose au mouvement du fluide est perpendiculaire à celui-ci), ceci dans le but de favoriser la rotation du châssis pour des vitesses de fluide faibles. 40 Selon une cinquième caractéristique, les pales peuvent être constituées de panneaux coulissants horizontalement vers l'extérieur sous l'effet de la vitesse de rotation du châssis alors que ces panneaux seront ramenés en position « repos » par un ressort. Ceci dans le but d'offrir une surface maximale sur les pales suiveuses par vent faible et une surface réduite, lorsque les 45 panneaux sont superposés, par vent très fort. Selon une sixième caractéristique, les butées (4) amortissent la rotation des paires de pales (3), de telle sorte que ces butées restituent l'énergie de rotation des pales, après l'amortissement des pales. 50 - 2 - La présente invention permet un rapport maximal entre les surfaces, s'opposant au mouvement du fluide, des pales suiveuses et contraires. De ce fait, par vent trop fort, il suffit de diminuer la charge résistante sur l'éolienne (charge constituée par un alternateur en général, dont on baissera le courant produit) pour baisser 5 la résistance au vent de l'éolienne décrite ici et ainsi protéger l'ensemble de la destruction. Avec cette logique l'éolienne objet de ce brevet, n'a pas besoin d'être arrêtée (mise en drapeau) par vent trop fort. Elle continue de tourner en produisant de l'énergie, dans la limite de ce que supporte le mat vertical. Un prototype a été testé par un vent relatif de 120Km/h en voiture. 10 D'autre part, l'éolienne objet de ce brevet, offre par vents faibles une puissance maximale, puisque les pales ont une grande surface et que le profil de l'ensemble est asymétrique. La présente invention est relativement silencieuse, puisqu'aucune de ses pièces ne va plus vite que la vitesse du fluide, ceci contrairement aux éoliennes à hélices. Il est conseillé de fixer la vitesse des pales à un tiers de la vitesse du vent, dans la limite 15 des efforts supportables par le mat, qui peuvent être mesurés par une jauge de contrainte au pied du mat. Si le fluide est de l'air, un chapeau fixé en haut du mat, pourra protéger l'éolienne des intempéries. Ce chapeau pourra être haubané au sol, pour augmenter la solidité de l'ensemble. Le prolongement du châssis jusqu'au sol, avec un tube autour du mat, permet de placer le 20 matériel de conversion d'énergie au sol, ce qui facilite la maintenance. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente le dispositif de l'invention, en position travail, vu dans la direction du 25 mouvement du fluide. La figure 2 représente le dispositif de l'invention, en position repos, vu de dessus. Le chapeau, les butées et les contrepoids ne sont pas représentés. 30 La figure 3 représente le dispositif de l'invention en position repos et le premier effet du mouvement du fluide (rotation de la paire de pales sur elle-même). La figure 4 représente le dispositif de l'invention en position travail et le deuxième effet du mouvement du fluide (rotation du châssis autour du mat). 35 La figure 5 représente le dispositif de l'invention en position travail, en perspective. Le chapeau n'est pas représenté. En référence à ces dessins, le dispositif comporte un mat (1), perpendiculaire aux 40 mouvements du fluide dont on veut en extraire l'énergie. Sur le mat, un châssis (2) peut tourner autour de l'axe du mat. La rotation du châssis par rapport au mat, constitue la source d'énergie mécanique. Le châssis (2) supporte un nombre N de paires de pales (3), dont les axes, perpendiculaires au 45 mat (1), peuvent tourner sur eux-mêmes, faisant passer, sous l'effet du mouvement du fluide, les paires de pales de la position « repos » (fig. 3) à la position « travail » (fig. 4). N est supérieur ou égal à 2. Une paire de pales (3) est constituée d'un axe, la tige, à laquelle sont fixées des pales à chacune 50 de ses extrémités. Les pales sont planes. Les plans des pales d'une paire de pales, sont perpendiculaires entre eux. Les tiges, qui sont sur des plans parallèles entre eux et parallèles au mouvement du fluide, croisent approximativement l'axe du mat (1). Un système de rappel, qui est la gravité appliquée aux pales, ou des ressors, fait tourner les paires de pales sur elles-mêmes, de manière à ce que chaque plan des pales forme un angle de +/-45° avec le plan de la direction des fluides, quand le mouvement des fluides est faible ou nul. 11 y a une buté sur le châssis, pour chaque pale, qui limite la rotation de la tige de manière à ce que la rotation des paires de pales s'arrête, lorsque la pale qui se déplace dans le même sens que le fluide, est perpendiculaire à celui-ci (quand la pale suiveuse est verticale). Dans le cas ou le système de rappel en position « repos » est la gravité, des contre-poids (5) fixés 15 aux tiges (ou bien des ressors entre des ergots sur les tiges et le châssis), compensent partiellement le poids des pales de manière à favoriser la rotation des paires de pales, pour des faibles vitesses de fluide, de la position « repos »(fig. 3) à la position « travail »(fig. 4) Le plan de la pale qui se déplace dans le même sens que le fluide, devenant perpendiculaire au 20 mouvement du fluide, il y aura rotation du châssis (2) autour du mat (1). La rotation du châssis (2) permettra que la pale, perpendiculaire au mouvement du fluide, appartienne successivement aux paires de pales (3). 25 Un chapeau (6) peut être fixé en haut du mat (1) pour protéger le dispositif Les pales peuvent être a surface variable, c'est à dire qu'elles peuvent être cote à cote dans la position « repos » et coulisser sous l'effet de la force centrifuge de la rotation du châssis(2), pour se superposer à la plus extérieure, qui elle ne coulisse pas, quand la vitesse du fluide augmente. 30 Le dispositif selon l'invention est adapté à la production d'énergie éolienne pour des vents faibles, irréguliers, tournants, en rafale ou violents. REVENDICATIONS: 1) Dispositif pour extraire l'énergie mécanique d'un mouvement de fluide caractérisé en ce qu'il comporte un mat fixe(1) perpendiculaire aux mouvements du fluide, mat sur lequel un châssis(2) peut tourner autour de l'axe du mat, lequel châssis supporte plusieurs paires de pales(3) dont les axes horizontaux passent approximativement par l'axe du mat. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que sous l'effet du mouvement du fluide, les paires de pales passent de la position « repos » (fig. 3) à la position « travail » (fig. 4). 3) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que des butées (4) permettent de limiter la rotation des paires de pales (3), de telle sorte que les pales suiveuses ne dépassent pas la position verticale et que les pales contraires ne dépassent pas la position horizontale. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que des contrepoids (5) ou des ressorts, peuvent aider le basculement des paires de pales, de leur position « repos » , vers la position « travail » (fig. 4). 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les pales peuvent être constituées de panneaux coulissants horizontalement vers l'extérieur sous l'effet de la vitesse de rotation du châssis(2), de manière à se superposer, alors que ces panneaux reviendront côte à côte, quand la vitesse du fluide devient faible, par l'effet d'un ressort. 6) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les butées (4) amortissent la rotation des paires de pales (3), de telle sorte que ces butées restituent l'énergie de rotation des pales, après l'amortissement de la rotation des pales.