Brevet FR3027969A1 — publié le 20160506

Dispositif de production d'électricité à l'aide d'une turbine à axe vertical, dont les moyens de prise au vent ou l'eau sont constitués de pales pivotantes. Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la fabrication des dispositifs de production d'électricité à turbine, de type éolienne ou de type hydrolienne. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de production d'électricité dont la turbine présente un axe de rotation vertical. Dans le domaine de l'invention, on distingue deux grandes familles de turbines pour les dispositifs de production d'électricité, à savoir : - les turbines à axes horizontal ; - les turbines à axe vertical. Parmi les éoliennes à axe vertical, on connaît notamment les éoliennes à pales (ou voilure) tournante autrement désignées par le terme de 15 panémones. Les panémones mettent en oeuvre le principe général suivant les pales sont montées sur un support monté rotatif autour d'un axe vertical, les pales étant montées sur le support de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe vertical, de telle sorte qu'elles offrent une portance maximale lorsqu'elles 20 se déplacent dans la direction du vent, tandis qu'elles s'effacent lorsqu'elles reviennent contre le vent. Les panémones existent depuis fort longtemps, mais ne connaissent pas de développement à un niveau industriel de par leur faible rendement. Selon une première architecture des panémones, les axes des pales 25 pivotantes sont montés sur un disque supérieur et un disque inférieur, les axes étant répartis selon un cercle concentrique avec les disques. Dans ce cas, chaque disque engendre un volant d'inertie qui nuit au rendement de l'éolienne. Pour diminuer ce volant d'inertie, il a été proposé de monter les axes 30 des pales pivotantes aux extrémités de bras radiaux inférieurs et supérieurs. Le bâti de l'éolienne est ainsi considérablement allégé, ceci toutefois au détriment de sa résistance mécanique. En effet, une telle éolienne peut se déformer, voire se détériorer irrémédiablement, lorsqu'elle est soumise à des vents de force moyenne ou forte. Des conceptions similaires peuvent être mises en oeuvre dans le cadre des hydroliennes, ceci cependant en conduisant aux mêmes 5 inconvénients que ceux évoqués précédemment. L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément l'invention a pour objectif de proposer un dispositif de génération d'électricité, éolien ou hydrolien, de type panémone, qui offre 10 un rendement notablement supérieur au dispositif du même type de l'art antérieur. L'invention a notamment pour objectif de fournir un tel dispositif qui présente une tenue mécanique notablement améliorée par rapport au dispositif du même type de l'art antérieur. 15 Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet un dispositif de production d'électricité, éolien ou hydrolien, du type panémone, comprenant des moyens de prise au vent ou à l'eau organisés autour d'un axe rotor vertical, caractérisé en ce que les moyens de prise au vent ou à l'eau sont portés par 20 au moins deux châssis rigides s'étendant radialement par rapport à l'axe rotor, les châssis comprenant chacun une traverse inférieure et une traverse supérieure reliées à chacune de leurs extrémités par au moins un montant, chaque châssis portant au moins deux pales montées pivotantes autour d'un axe vertical s'étendant entre la traverse inférieure et la traverse supérieure. 25 Ainsi, grâce à l'invention, on peut augmenter notablement le rendement du dispositif de production d'électricité par rapport aux dispositifs de type panémone de l'art antérieur, ceci en faisant porter par les châssis un nombre plus élevé de pales pivotantes, ceci tout en assurant une tenue mécanique de chacun des châssis suffisamment résistante, y compris 30 lorsque le dispositif est soumis à un vent ou à des courants relativement importants. Comme cela va apparaître plus clairement par la suite, l'ensemble des pales des châssis peuvent être alignées pour former un plan unique de voilure qui tend à augmenter le rendement du dispositif, ceci avec un volant d'inertie de chaque pale relativement limité (comparé à une pale unique présentant une voilure identique à celle de l'ensemble de plusieurs pales regroupées). Selon une solution avantageuse, la traverse inférieure et la traverse supérieure sont chacune constituées par une plaque, les deux plaques d'un châssis étant reliées à leurs extrémités par une paire de montants. Ainsi, les traverses inférieur et supérieure présentent une résistance augmentée vis-à-vis des contraintes en flambage et en torsion. Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif comprend trois châssis répartis à 1200 deux à deux autour de l'axe rotor. De cette façon, le dispositif ainsi configuré présente un compromis optimisé entre poids (et inertie) et rendement. Selon un mode de réalisation particulier, chaque châssis porte cinq pales. Selon une solution préférentielle, les pales d'un châssis présentent leurs axes verticaux alignés au voisinage d'un des bords longitudinaux des 20 plaques. Avantageusement, les plaques de chaque châssis sont reliées par une jambe de force. Une telle jambe de force contribue à améliorer la tenue mécanique des châssis. 25 Préférentiellement, les pales s'étendent chacune entre deux bords verticaux, l'axe vertical de chaque pale s'étendant au voisinage d'un des bords verticaux de la pale. On obtient de cette façon une meilleure réactivité des pales à s'effacer lorsqu'elles arrivent dans une phase où elles remontent le flux d'air 30 ou d'eau, améliorant donc leur capacité à limiter au maximum leur résistance aux flux. Avantageusement, chaque châssis porte, pour chaque pale, au moins une butée en rotation. Ainsi, comme cela va être expliqué plus en détail par la suite, les pales sont bloquées en pivotement autour de leur axe vertical lorsqu'elles sont dans leur phase de déplacement pendant laquelle le flux exerce une poussée maximale sur les pales. Dans ce cas, une tringle relie les pales en étant montée pivotante sur un des bords d'extrémité supérieur ou inférieur des pales, du côté de celles-ci opposé à l'axe vertical de rotation. Selon une mise en oeuvre préférentielle, les châssis sont couplés au moins dans leur partie supérieure à l'axe rotor, le dispositif présentant un tube fixe à l'intérieur duquel l'axe rotor est guidé en rotation, l'axe rotor étant couplé à un générateur d'électricité présent en dessous du tube fixe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue de face d'ensemble du dispositif de production d'électricité selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle de dessus d'un dispositif de production d'électricité selon l'invention. En référence aux figures 1 et 2, un dispositif de production d'électricité selon l'invention comprend : - un bâti de base 1, pouvant prendre la forme d'un caisson ; - un générateur d'électricité 2, installé dans le bâti de base 1 en étant fixé sur une dalle béton 10 coulée au fond du bâti de base ; - un axe rotor 20, dont la rotation est utilisée par le générateur pour la production d'électricité, cet axe rotor 20 s'étendant donc à partir du générateur et en élévation au-dessus du bâti de base en passant au travers de la paroi supérieure 11 de celui-ci ; - des moyens de prise 3 au vent ou à l'eau décrits plus en détail ci-après, organisés autour de l'axe rotor 20 vertical et étant conçus de telle sorte que le dispositif de production d'électricité est, susceptible de fonctionner tant en éolien qu'en hydrolien Le bâti de base peut être réalisé en béton, sa paroi supérieure pouvant être un couvercle en béton rapporté sur le bâti de base, avec un joint d'étanchéité intercalé entre le couvercle et le bâti de base. Une plaque métallique est rapportée et solidarisée, par exemple par boulonnage sur le couvercle béton, un joint d'étanchéité étant intercalé entre la plaque métallique et le tube fixe. De par sa conception décrite ci-après, le dispositif selon l'invention 10 est du type panémone. Selon le principe de l'invention, les moyens de prise 3 au vent ou à l'eau sont portés par au moins deux châssis 4, rigides, s'étendant radialement par rapport à l'axe rotor 20. Dans le mode de réalisation préférentiel présenté ci-après, le dispositif comprend trois châssis. 15 Les châssis comprennent chacun : - une traverse inférieure 40 ; - une traverse supérieure 41 ; - au moins un montant 42 présent à chaque extrémité longitudinale des traverses inférieure et supérieure et reliant celles-ci (ces 20 montants pouvant prendre la forme de tubes métalliques présentant à chacune de leurs extrémités un taraudage permettant la fixation par vissage des montants sur chaque traverse). Selon le présent mode de réalisation, la traverse inférieure 40 et la 25 traverse supérieure 41 prennent la forme de plaques en aluminium ou en acier galvanisé, dimensionnées de façon identique pour la traverse inférieure et la traverse supérieure. Dans cette configuration, un montant 42 relie les plaques à chaque coin de celles-ci. 30 Selon le principe de l'invention, chaque châssis porte au moins deux pales 30 (en aluminium ou en acier galvanisé) montées pivotantes autour d'un axe vertical 31 s'étendant entre la traverse inférieure 40 et la traverse supérieure 41. Préférentiellement, chaque châssis porte cinq pales, l'ensemble des pales du dispositif formant les moyens de prise au vent ou à l'eau. Tel que cela apparaît sur la figure 2 le dispositif présente en outre les caractéristiques suivantes : - il comprend trois châssis répartis à 120° deux à deux autour de l'axe rotor ; - les pales 30 d'un châssis présentent leurs axes verticaux 31 alignés au voisinage d'un des bords longitudinaux des plaques, selon une ligne parallèle à l'axe longitudinal de la plaque ; - les pales s'étendent entre deux bords verticaux, l'axe vertical 31 de chaque pale s'étendant au voisinage d'un de ces bords verticaux ; - chaque châssis porte, pour chaque pale, au moins une butée en rotation, portée par l'une au moins des plaques. Selon le mode de réalisation préférentiel illustré par les figures 1 et 2, une tringle 32 relie les pales en étant montée pivotante sur un des bords d'extrémité supérieur ou inférieur (en l'occurrence le bord supérieur) des pales, du côté de celles-ci opposé à l'axe vertical de rotation. Ainsi, la tringle 32, est susceptible de venir en butée contre les axes verticaux de rotation des pales lorsque celles-ci sont orientées perpendiculairement aux flux moteur (vent ou eau). Il est à noter que la tringle 32 permet de maintenir constant l'écartement entre les extrémités correspondantes des pales, ce qui revient à maintenir les pales d'un châssis parallèles entre elles. De plus, pour la pale de chaque châssis en position au voisinage de l'axe rotor, la butée est constituée par un des montants 42, ceci pour éviter que ladite pale vienne au contact de l'axe rotor. De plus, on précise que l'écartement entre les poteaux d'extrémités de chaque châssis permet le passage de la pale d'extrémité correspondante. Selon une variante envisageable, des butées en rotation sont portées par les plaques du châssis en étant disposées, pour chaque pale, du côté opposé de la pale par rapport au côté de la pale où est présent son axe de pivotement. Selon une variante envisageable, l'axe de pivotement d'une pale peut constituer lui-même la butée pour la pale voisine, celle-ci étant alors dimensionnée de façon à pouvoir venir en chevauchement partiel d'une pale voisine. Par ailleurs, comme indiqué précédemment, les axes de pivotement des pales sont alignés au voisinage d'un des bords longitudinaux des plaques. Préférentiellement, les axes de pivotement sont positionnés sur les châssis de façon à être alignés avec l'axe rotor du dispositif. Du côté opposé à ce bord au voisinage duquel les axes de pivotement sont présents, la plaque inférieure et la plaque supérieure sont reliées par une jambe de force 43. Selon le présent mode de réalisation, le bâti de base 1 porte un tube fixe 5 à l'intérieur duquel l'axe rotor 20 est guidé en rotation (le générateur étant donc dans cette configuration présent en dessous du tube fixe qui est porté par la paroi supérieure 11 du bâti de base) ceci par l'intermédiaire de roulements à billes 50 prévus au moins en partie inférieure et en partie supérieure du tube fixe, à l'intérieur de celui-ci. Les châssis sont solidarisés en leur partie inférieure, c'est-à-dire par l'intermédiaire des traverses inférieures constituées par les plaques, à un organe 6 monté concentriquement autour du tube fixe et guidé en rotation autour de celui-ci par l'intermédiaire d'un palier à billes. Les traverses supérieures de chaque châssis sont quant à elles couplées, selon le présent mode de réalisation, à une plaque triangulaire équilatérale 7, elle-même couplée à l'axe rotor 20, par l'intermédiaire d'une portion carrée 200 présente à l'extrémité supérieure de l'axe rotor. La plaque triangulaire équilatérale 7 peut être guidée en rotation sur le tube fixe par l'intermédiaire d'un palier à billes 70. REVENDICATIONS1. Dispositif de production d'électricité, éolien ou hydrolien, du type panémone, comprenant des moyens de prise (3) au vent ou à l'eau organisés autour d'un axe rotor (20) vertical, caractérisé en ce que les moyens de prise (3) au vent ou à l'eau sont portés par au moins deux châssis (4) rigides s'étendant radialement par rapport à l'axe rotor (20), les châssis comprenant chacun une traverse 10 inférieure (40) et une traverse supérieure (41) reliées à chacune de leurs extrémités par au moins un montant (42), chaque châssis portant au moins deux pales (30) montées pivotantes autour d'un axe vertical (31) s'étendant entre la traverse inférieure et la traverse supérieure. 15 2. Dispositif de production d'électricité selon la revendication1, caractérisé en ce que la traverse inférieure (40) et la traverse supérieure (41) sont chacune constituées par une plaque, les deux plaques d'un châssis étant reliées à leurs extrémités par une paire de montants (42). 20 3. Dispositif de production d'électricité selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend trois châssis (4) répartis à 120° deux à deux autour de l'axe rotor (20). 4. Dispositif de production d'électricité selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque châssis (4) porte cinq pales (30). 5. Dispositif de production d'électricité selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les pales (30) d'un châssis 30 présentent leurs axes verticaux (31) alignés au voisinage d'un des bords longitudinaux des plaques.6. 7. 8. 9. 20 10. 25 Dispositif de production d'électricité selon la revendication 5, caractérisé en ce que les plaques de chaque châssis sont reliées par une jambe de force (43). Dispositif de production d'électricité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les pales (30) s'étendent chacune entre deux bords verticaux, l'axe vertical (31) de chaque pale s'étendant au voisinage d'un des bords verticaux de la pale. Dispositif de production d'électricité selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque châssis (4) porte, pour chaque pale (30), au moins une butée en rotation. Dispositif de production d'électricité selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une tringle relie les pales en étant montée pivotante sur un des bords d'extrémité supérieur ou inférieur des pales, du côté de celles-ci opposé à l'axe vertical de rotation. Dispositif de production d'électricité selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les châssis (4) sont couplés au moins dans leur partie supérieure à l'axe rotor (20), le dispositif présentant un tube fixe (5) à l'intérieur duquel l'axe rotor (20) est guidé en rotation, l'axe rotor (20) étant couplé à un générateur d'électricité (2) présent en dessous du tube fixe.