Brevet FR3023592A1 — publié le 20160115

- 1 - Domaine technique La présente invention concerne un dispositif de production d'énergie électrique renouvelable. Technique antérieure De nos jours, compte tenu notamment de la raréfaction prévue des énergies fossiles, les énergies renouvelables apparaissent comme une alternative importante aux sources traditionnelles d'énergie. En effet, contrairement auxdites sources traditionnelles, elles sont non polluantes en terme d'émission gazeuse et de rejet dans l'atmosphère ou sur terre. Le développement de ce type d'énergies s'est par conséquent récemment accéléré. Il est déjà connu d'utiliser l'énergie solaire et l'énergie éolienne pour produire de l'électricité de façon industrielle ou non. Toutefois, l'utilisation de ces types d'énergies renouvelables présente l'inconvénient d'être directement dépendante des conditions climatiques. Concernant l'énergie hydraulique, on l'utilise de manière classique pour produire de l'électricité par l'intermédiaire de turbines, du type PELTON par exemple, disposées en partie inférieure d'une retenue d'eau ou barrage, lesdites turbines étant actionnées par de l'eau mise en mouvement notamment sous l'effet de la gravité. Toutefois, pour être économiquement rentables, ces barrages doivent être de très grandes dimensions et sont donc très couteux. En outre, compte tenu de leurs dimensions, ces installations ont pour conséquence l'inondation d'une grande partie des vallées situées en amont des barrages. On connaît également des dispositifs de production hydroélectrique comprenant un alternateur mis en mouvement par une roue à aubes placée au moins en partie dans un flux HGN001-FR-12_TEXTE DEPOSE_RG/GE -2 d'eau tel qu'une rivière par exemple. Le principal inconvénient de ces dispositifs connus réside dans leur manque de compacité et leur complexité. En effet, dans ces dispositifs, l'alternateur est généralement disposé sur la berge de la rivière obligeant d'avoir des moyens de liaison couteux entre la roue à aubes et ledit alternateur. Exposé de l'invention Le but de la présente invention est donc de pallier les inconvénients précédemment cités et de proposer un dispositif de production hydroélectrique compact, facile à mettre en oeuvre, et capable de s'adapter aux variations hydrauliques dues notamment au changement climatique saisonnier. A cet égard, il est donc proposé un dispositif de production hydroélectrique remarquable en ce qu'il comporte : - un rotor à aubes disposé au moins en partie dans un flux de liquide et apte à pivoter autour d'un axe de 20 rotation sensiblement horizontal et perpendiculaire à la direction d'écoulement du liquide, - des moyens de production comprennent au moins une enceinte apte à pivoter à l'intérieur du rotor grâce à des premières roues, contenant un alternateur et munie d'un 25 contrepoids dans sa partie basse pour la stabiliser dans une position telle que son axe de symétrie est sensiblement vertical lorsque le rotor tourne autour de son axe de rotation sous l'action du flux de liquide, et - des moyens de transmission permettant de 30 transmettre le mouvement des premières roues à l'arbre de l'alternateur pour le faire pivoter et produire du courant électrique. Ladite enceinte comporte avantageusement deux premières roues montées pivotantes sur les extrémités HGN001-FR-12_TEXTE DEPOSE_RG/GE -3 - basses de chacune de ses faces latérales, autour d'axes parallèles à l'axe de rotation du rotor, lesdites premières roues étant en appui directement ou indirectement sur la face intérieure cylindrique du rotor. En outre, l'enceinte comporte de préférence une deuxième roue montée pivotante sur l'extrémité haute de chacune de ses faces latérales et garantissant le maintien du contact direct ou indirect entre les premières roues et la face intérieure cylindrique du rotor. Selon un mode de réalisation préféré, les premières roues sont du type roue ferroviaire et coopèrent avec des rails circulaires disposés sur la face intérieure cylindrique du rotor. De manière avantageuse, les moyens de transmission 15 sont du type poulies-courroies et comprennent une pluralité de poulies motrices, de poulies réceptrices et de courroies et, si nécessaire, des galets de tension. Chaque aube est de préférence au moins en partie repliable entre une position "ouverture" permettant de 20 capter le flux de liquide et une position "fermeture" pour éviter d'entraver le mouvement de rotation du rotor et limiter la prise au vent dudit rotor. Selon un mode de réalisation préféré, chaque aube comporte une partie fixe solidaire de la face extérieure du 25 rotor, une partie mobile articulée à l'extrémité libre de ladite partie fixe autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe de rotation du rotor, et un élément de retenue joignant l'extrémité libre de ladite partie mobile à la partie fixe de l'aube située en amont. 30 Le dispositif selon l'invention comporte une structure sur laquelle est monté pivotant le rotor à aubes et permettant d'ajuster la position verticale dudit rotor par rapport au liquide. De manière préférée, la structure comprend au moins : HGN001-FR-12_TEXTE DEPOSE_RG/GE -4 - deux poteaux sensiblement verticaux, - un premier plateau incliné et articulé à son extrémité longitudinale amont auxdits poteaux autour d'un axe sensiblement horizontal et perpendiculaire à la direction 5 d'écoulement du liquide, - un deuxième plateau sensiblement horizontal et articulé à l'extrémité longitudinale aval dudit premier plateau autour d'un axe parallèle audit axe et muni à chacun de ses bords latéraux d'une ossature recevant le rotor, et 10 - deux bras, chacun étant monté pivotant, autour d'axes parallèles audit axe, à l'une de ses extrémités sur l'un des poteaux et à l'autre extrémité au sommet de l'ossature associée. Les premier et deuxième plateaux forment 15 avantageusement un dispositif de guidage permettant de canaliser et d'augmenter le débit du liquide au niveau de la partie immergée du rotor. Description sommaire des figures 20 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, d'un quai dispositif de production hydroélectrique conforme à l'invention, en référence aux 25 dessins dans lesquels : - la figure 1 est une vue de face d'un dispositif de production hydroélectrique selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale du dispositif de production hydroélectrique de la figure 1, 30 - la figure 3 est une autre vue en coupe transversale du dispositif de production hydroélectrique de la figure 1. Meilleure manière de réaliser l'invention technique En référence aux figures 1 à 3, le dispositif 1 de HGN001-FR-12_TEXTE DEPOSE_RG/GE -5 - production hydroélectrique selon l'invention comporte une structure 2 supportant au moins un rotor 3 à aubes 4 disposé au moins en partie dans un flux de liquide du type cours d'eau 5 tel que, par exemple, un fleuve ou encore une rivière. Ladite structure 2 comprend au moins deux poteaux 21 sensiblement verticaux ancrés dans le fond dudit cours d'eau 5 de façon à être disposés selon une direction globalement perpendiculaire à la direction d'écoulement du cours d'eau 5. La structure 2 comporte également un dispositif de guidage 22 de fluide monté pivotant à son extrémité longitudinale amont entre lesdits poteaux 21 autour d'un axe 23 de rotation sensiblement horizontal et perpendiculaire à la direction d'écoulement du cours d'eau 5. Ledit dispositif de guidage 22 permet de canaliser et d'augmenter le débit d'eau au niveau de la partie immergée du rotor 3 à aubes 4. On désigne ici par "amont" des éléments disposés avant des éléments "aval" suivant la direction d'écoulement 20 du liquide du cours d'eau 5 et inversement. Ledit dispositif de guidage 22 comporte un premier plateau 24 incliné et articulé auxdits poteaux 21 à son extrémité longitudinale amont et un deuxième plateau 25 sensiblement horizontal et articulé à l'extrémité 25 longitudinale aval dudit premier plateau 24 autour d'un axe 26 parallèle à l'axe de rotation 23 du dispositif de guidage 22. Le deuxième plateau 25 est muni à chacun de ses bords latéraux d'une ossature 27 avantageusement en forme de V inversé, le rotor 3 à aubes 4 étant monté pivotant sur 30 les sommets desdites ossatures 24 autour d'un axe de rotation 28 sensiblement parallèle à l'axe de rotation 23 du dispositif de guidage 22. La structure 2 comporte enfin deux bras 29, chacun étant monté pivotant, autour d'axes parallèles à l'axe 23 de rotation du dispositif de HGN001-FR-12_TEXTE DEPOSE_RG/GE -6 guidage 22, à l'une de ses extrémités sur l'un des poteaux 21 et à l'autre extrémité au sommet de l'ossature 27 associée. Avec une telle configuration en forme globale de parallélogramme deformable, la structure 2 permet d'ajuster la position verticale du rotor 3 à aubes 4 en fonction de la hauteur du niveau du cours d'eau 5 qui varie selon les saisons notamment. Le dispositif 1 de production hydroélectrique selon l'invention comporte également des moyens de production 6 d'énergie électrique entrainés en rotation grâce à la rotation du rotor 3 à aubes 4. Ces moyens de production 6 sont disposés à l'intérieur dudit rotor 3, ce dernier étant de préférence un cylindre creux fermé à chacune de ses extrémités longitudinales par un flasque 7, au moins l'un desdits flasques 7 comportant une porte d'accès 8 pour entrer à l'intérieur du rotor 3 et accéder aux moyens de production 6. En référence aux figures 1 et 2, lesdits moyens de 20 production 6 comprennent au moins une enceinte 9 apte à pivoter à l'intérieur du rotor 3, contenant un alternateur 10 et munie d'un contrepoids 11 dans sa partie basse pour stabiliser l'enceinte 9 dans une position verticale déterminée. Ladite enceinte 9 comporte en outre 25 deux premières roues 12 montées pivotantes sur les extrémités basses de chacune de ses faces latérales, autour d'axes parallèles à l'axe de rotation 28 du rotor 3, pour permettre son pivotement à l'intérieur du rotor 3, lesdites premières roues 12 étant en appui directement ou 30 indirectement sur la face intérieure cylindrique du rotor 3. Selon un mode de réalisation préféré, les premières roues 12 sont du type roue ferroviaire et coopèrent avec un rail 13 circulaire disposé sur la face intérieure HGN001-FR-12_TEXTE DEPOSE_RG/GE -7 - cylindrique du rotor 3. Chaque enceinte 9 est donc en appui sur deux rails 13 par deux paires de premières roues 12. Selon une variante de réalisation non représentée, les premières roues 12 sont directement en appui sur la 5 face intérieure cylindrique du rotor 3, ladite surface pouvant être munie de deux rainures de guidage aménagées dans ladite face intérieure. L'enceinte 9 comporte avantageusement une deuxième roue 14 montée pivotante sur l'extrémité haute de chacune 10 de ses faces latérales. Ces deux deuxièmes roues 14 garantissent le maintien du contact entre les premières roues 12 et les deux rails 13 même s'il y a des remous à la surface du cours d'eau 5 occasionnant des mouvements intempestifs du rotor 3 et donc de l'enceinte 9. 15 Avec un telle configuration, on comprend bien que, lorsque le rotor 3 à aubes 4 tourne autour de son axe de rotation 28 grâce au flux du cours d'eau 5, l'enceinte 9, qui devrait être entrainée en rotation grâce au frottement entre les premières roues 12 et les deux rails 13, ne 20 tourne pratiquement pas et se stabilise très rapidement, grâce au contrepoids 11, dans une position telle que son axe de symétrie 91 est sensiblement vertical. L'Homme du Métier n'aura aucune difficulté à déterminer la valeur du contrepoids 11 à mettre en oeuvre 25 pour garantir le maintien de l'enceinte 9 en position verticale. Lorsque le rotor 3 à aubes 4 tourne autour de son axe de rotation 28 grâce au flux du cours d'eau 5, les premières roues 12 sont entrainées en rotation et 30 entrainent leur tour en rotation l'arbre 15 de l'alternateur 10 afin de produire de l'énergie électrique. Pour cela, en référence à la figure 3, les moyens de production 6 comportent des moyens de transmission 16 comprenant avantageusement une pluralité de poulies HGN001-FR-12_TEXTE DEPOSE_RG/GE -8 - motrices 161a,b,c, de poulies réceptrices 162a,b,c et de courroies 163a,b,c et, si nécessaire, des galets de tension 164b,c, lesdits moyens de transmission 16 permettant de transmettre le mouvement à l'arbre 15 de l'alternateur 10 et d'adapter la vitesse de rotation de ce dernier par rapport à celle des premières roues 12 et donc du rotor 3 à aubes 4. Enfin, en référence aux figures 1 et 2, pour accroître le rendement du dispositif 1 de production hydroélectrique, le rotor 3 est mis en mouvement par une pluralité d'aubes 4 de préférence au moins en partie repliables entre une position "ouverture" permettant de capter le flux du cours d'eau 5 et une position "fermeture" pour éviter d'entraver le mouvement de rotation du rotor 3 et limiter la prise au vent dudit rotor 3. Pour cela, chaque aube 4 comporte une partie fixe 41 solidaire de la face extérieure du rotor 3, une partie mobile 42 articulée à l'extrémité libre de ladite partie fixe 41 autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe de rotation 28 du rotor 3, et un élément de retenue 43 joignant à l'extrémité libre de ladite partie mobile 42 à la partie fixe 41 de l'aube 4 située en amont. Ainsi, un peu avant d'entrer dans le cours d'eau 5, chaque aube 4 se déplie sous l'effet de la gravité jusqu'à sa position "ouverture", c'est-à-dire que sa partie mobile 42 pivote selon une direction opposée du rotor 3 jusqu'à ce que l'élément de retenue 43 soit tendu, de manière à ce qu'une fois immergée dans le cours d'eau 5 l'aube 4 puisse capter le flux maximum dudit cours d'eau 5. Ensuite, un peu avant de sortir du cours d'eau 5, chaque aube 4 se replie sous l'effet de la gravité jusqu'à sa position "fermeture", c'est-à-dire que sa partie mobile 42 pivote en direction du rotor 3 jusqu'à venir en appui sur la partie fixe 41 de l'aube 4 située en amont, l'élément de HGN001-FR-12_TEXTE DEPOSE_RG/GE -9 retenue 43 étant alors totalement détendu. L'Homme du Métier n'aura aucune difficulté à déterminer la longueur de l'élément de retenue 43 à mettre en oeuvre pour limiter le pivotement de la partie mobile 42 et garantir le meilleur rendement de chaque aube 4 dans sa position "ouverture". On comprend bien qu'ainsi configure le dispositif 1 de production hydroélectrique, selon l'invention, permet une production d'énergie électrique à partir d'une source d'énergie renouvelable. En outre, ledit dispositif 1 de production hydroélectrique est particulièrement compact et facile à mettre en oeuvre et s'adapte aux variations saisonnières du niveau du cours d'eau 5. Possibilité d'application industrielle Comme décrit précédemment, le dispositif 1 de production hydroélectrique, selon l'invention, s'applique plus particulièrement au cours d'eau du type rivière ou fleuve. Il va de soi que le dispositif 1 de production hydroélectrique peut également être installé dans tout autre type de flux de liquide. Enfin, il est clair que la présente invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif 1 de production hydroélectrique ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. HGN001-FR-12_TEXTE DEPOSE_RG/GE REVENDICATIONS1 - Dispositif (1) de production hydroélectrique caractérisé en ce qu'il comporte : - un rotor (3) à aubes (4) disposé au moins en partie dans un flux de liquide et apte à pivoter autour d'un axe 5 de rotation (28) sensiblement horizontal et perpendiculaire à la direction d'écoulement du liquide, - des moyens de production (6) comprennent au moins une enceinte (9) apte à pivoter à l'intérieur du rotor (3) grâce à des premières roues (12), contenant un 10 alternateur (10) et munie d'un contrepoids (11) dans sa partie basse pour la stabiliser dans une position telle que son axe de symétrie (91) est sensiblement vertical lorsque le rotor (3) tourne autour de son axe de rotation (28) sous l'action du flux de liquide, et 15 - des moyens de transmission (16) permettant de transmettre le mouvement des premières roues (12) à l'arbre (15) de l'alternateur (10) pour le faire pivoter et produire du courant électrique. 20 2 - Dispositif (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enceinte (9) comporte deux premières roues (12) montées pivotantes sur les extrémités basses de chacune de ses faces latérales, autour d'axes parallèles à l'axe de rotation (28) du rotor (3), lesdites 25 premières roues (12) étant en appui directement ou indirectement sur la face intérieure cylindrique du rotor (3). 3 - Dispositif (1) selon la revendication 2 30 caractérisé en ce que l'enceinte (9) comporte une deuxième roue (14) montée pivotante sur l'extrémité haute de chacune de ses faces latérales et garantissant le maintien du contact direct ou indirect entre les premières roues (12) HGN001-FR-12_TEXTE DEPOSE_RG/GEet la face intérieure cylindrique du rotor (3). 4 - Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que les premières 5 roues (12) sont du type roue ferroviaire et coopèrent avec des rails (13) circulaires disposés sur la face intérieure cylindrique du rotor (3). - Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les moyens de transmission (16) sont du type poulies-courroies et comprennent une pluralité de poulies motrices (161a,b,c), de poulies réceptrices (162a,b,c) et de courroies (163a,b,c) et, si nécessaire, des galets de 15 tension (164b,c). 6 - Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que chaque aube (4) est au moins en partie repliable entre une position 20 "ouverture" permettant de capter le flux de liquide et une position "fermeture" pour éviter d'entraver le mouvement de rotation du rotor (3) et limiter la prise au vent dudit rotor (3). 25 7 - Dispositif (1) selon la revendication 6 caractérisé en ce que chaque aube (4) comporte une partie fixe (41) solidaire de la face extérieure du rotor (3), une partie mobile (42) articulée à l'extrémité libre de ladite partie fixe (41) autour d'un axe sensiblement parallèle à 30 l'axe de rotation (28) du rotor (3), et un élément de retenue (43) joignant l'extrémité libre de ladite partie mobile (42) à la partie fixe (41) de l'aube (4) située en amont. HGN001-FR-12_TEXTE DEPOSE_RG/GE- 12 - 8 - Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte une structure (2) sur laquelle est monté pivotant le rotor (3) à aubes (4) et permettant d'ajuster la position verticale 5 dudit rotor (3) par rapport au liquide. 9 - Dispositif (1) selon la revendication 8 caractérisé en ce que la structure (2) comprend au moins : - deux poteaux (21) sensiblement verticaux, 10 - un premier plateau (24) incliné et articulé à son extrémité longitudinale amont auxdits poteaux (21) autour d'un axe (23) sensiblement horizontal et perpendiculaire à la direction d'écoulement du liquide, - un deuxième plateau (25) sensiblement horizontal et 15 articulé à l'extrémité longitudinale aval dudit premier plateau (24) autour d'un axe (26) parallèle audit axe (23) et muni à chacun de ses bords latéraux d'une ossature (27) recevant le rotor (3), et - deux bras (29), chacun étant monté pivotant, autour 20 d'axes (30) parallèles audit axe (23), à l'une de ses extrémités sur l'un des poteaux (21) et à l'autre extrémité au sommet de l'ossature (27) associée. 10 - Dispositif (1) selon la revendication 9 caractérisé en 25 ce que les premier et deuxième plateaux (24,25) forment un dispositif de guidage (22) permettant de canaliser et d'augmenter le débit du liquide au niveau de la partie immergée du rotor (3). HGN001-FR-12_TEXTE DEPOSE_RG/GE