Brevet FR3041711A1 — publié le 20170331

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine des dispositifs pour convertir l'énergie du vent en énergie électrique, tels que les éoliennes. Une éolienne est un dispositif qui transforme l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique, qui est le plus souvent ensuite transformée en énergie électrique. Les éoliennes produisant de l'électricité sont appelées aérogénérateurs. Ces dispositifs permettent de produire de l'électricité à partir d'une source d'énergie renouvelable (l'énergie cinétique du vent), sans émission de gaz à effet de serre. ÉTAT DE LA TECHNIQUE L'énergie éolienne est l'énergie cinétique des masses d'air en mouvement autour du globe. L'énergie éolienne est une forme indirecte de l'énergie solaire : les rayons solaires absorbés dans l'atmosphère entraînent des différences de température et de pression. De ce fait, les masses d'air se mettent en mouvement et accumulent de l'énergie cinétique. Celle-ci peut être transformée et utilisée à plusieurs fins telles que, par exemple, la transformation en énergie mécanique et la production d'énergie électrique. Afin de produire de l'énergie électrique, l'éolienne est en général couplée à un générateur électrique pour fabriquer du courant continu ou alternatif. L'énergie éolienne est une énergie renouvelable qui ne produit pas directement de gaz à effet de serre en phase d'exploitation. L'énergie électrique ou mécanique produite par une éolienne dépend de trois paramètres principaux : la forme et la longueur des pâles, la vitesse du vent et enfin la température qui influe sur la densité de l'air. Les éoliennes présentent habituellement un mât qui porte un axe horizontal autour duquel tournent des pâles entrainées par le vent. Ces structures de type éolien ont pour inconvénient d'être relativement coûteuses, et présentent une forte probabilité de détérioration notamment en cas de conditions climatiques difficiles (lors de vents violents par exemple). Par ailleurs, les éoliennes de l'art antérieur, généralement dotées de mâts, sont connues pour être inesthétiques, difficiles à intégrer dans l'environnement, 3041711 2 interdites en zones urbaines et rejetées de plus en plus par les populations riveraines. Il existe donc un besoin de proposer un système pour produire de 5 l'énergie électrique à partir de l'énergie du vent qui présente un rendement énergétique amélioré, tout en étant robuste et peu coûteux. RÉSUMÉ DE L'INVENTION Pour atteindre cet objectif, un aspect de la présente invention concerne 10 un système pour produire de l'énergie électrique à partir de l'énergie du vent. Le système comprend au moins un étage comprenant une paroi périphérique ; ladite paroi périphérique délimitant au moins : un premier compartiment comprenant au moins une ouverture configurée pour capter un flux d'air issu du vent, en provenance de l'extérieur du système, et l'introduire dans le premier 15 compartiment, un deuxième compartiment configuré pour être traversé par ledit flux d'air introduit dans le premier compartiment, et comprenant un premier dispositif de transformation d'énergie, configuré pour transformer l'énergie cinétique dudit flux d'air en énergie mécanique. Le système comprend en outre un deuxième dispositif de transformation 20 d'énergie configuré pour transformer l'énergie mécanique du flux d'air en énergie électrique. De manière particulièrement avantageuse, le premier compartiment et le deuxième compartiment sont séparés par une paroi de séparation pourvue d'au moins un passage de communication et d'au moins un clapet configuré de sorte 25 à passer d'une position d'ouverture pour autoriser le passage du flux d'air depuis le premier compartiment vers le deuxième compartiment et à travers ledit passage de communication, à une position de fermeture pour empêcher le passage du flux d'air depuis le deuxième compartiment vers le premier compartiment à travers ledit passage de communication.. Ainsi, il se produit 30 dans le deuxième compartiment une compression qui agit sur les pâles du 3041711 3 premier dispositif de transformation d'énergie. Le rendement de ce dernier est donc amélioré à puissance de vent égale. Avantageusement, le premier compartiment capte les vents extérieurs et permet d'augmenter leur vitesse par effet Venturi. Le deuxième compartiment 5 quant-à-lui permet de diriger le flux d'air vers une chambre de régulation ; ladite chambre étant configurée pour canaliser ledit flux accéléré, nécessaire et suffisant pour une éolienne et son générateur. Le système selon la présente invention permet d'exploiter une éolienne 10 à axe horizontal avec un flux accéléré et orienté verticalement. Le système selon la présente invention a l'avantage de faire circuler le flux d'air de manière optimisée afin de générer l'actionnement du dispositif de transformation de l'énergie. Le rendement énergétique du dispositif selon la présente invention est donc fortement amélioré de par les moyens mis en oeuvre dans la présente 15 invention, par rapport aux solutions de l'art antérieur dont le passage du flux d'air n'est pas optimisé. Dans ces solutions connues, l'énergie cinétique du flux d'air capté par le système n'est pas transformée de manière optimale en énergie électrique, de grandes pertes énergétiques étant observées sur les dispositifs connues. 20 D'autre part, le système selon la présente invention présente l'avantage de nécessiter peu de moyens et donc d'être de ce fait relativement peu coûteux. Il est par ailleurs résistant aux dégradations extérieures et peut être utilisé dans des environnements particulièrement sévères (c'est-à-dire lors de 25 vents forts) sans risquer une détérioration. Avantageusement, le système selon la présente invention permet d'augmenter le rendement énergétique même en cas de vitesse de vent très faible (par exemple, inférieure à 20 km/h). Avantageusement, le système selon la présente invention peut fonctionner même avec des vents très faibles grâce notamment à l'exploitation de l'effet 30 venturi et à la superposition des compartiments et étages formant le système. 3041711 4 BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation 5 de cette dernière qui est illustré par les dessins d'accompagnement suivants dans lesquels : Les FIGURES 1, 2 et 3 illustrent respectivement une vue d'ensemble, une vue en coupe et une vue en éclaté d'un exemple de système pour produire de l'énergie électrique à partir de l'énergie du vent selon la présente invention. 10 Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les 15 dimensions relatives des différents éléments ne sont pas représentatives de la réalité. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION Avant d'entrer dans le détail de formes préférées de réalisation de 20 l'invention en référence aux dessins notamment, d'autres caractéristiques optionnelles de l'invention, qui peuvent être mises en oeuvre de façon combinée selon toutes combinaisons ou de manière alternative, sont indiquées ci-après : le premier dispositif de transformation d'énergie comprend au moins une pâle configurée pour être entraînée en rotation par ledit flux d'air et dans 25 lequel le deuxième compartiment comprend une chambre de régulation située en amont de ladite au moins une pâle, par rapport au sens d'écoulement dudit flux d'air dans le système. la chambre de régulation est délimitée par au moins la paroi périphérique, la paroi de séparation et ladite au moins une pâle. 30 le deuxième dispositif de transformation d'énergie est compris dans ledit étage. 3041711 5 l'au moins un clapet est configuré pour revenir dans la position de fermeture par une force élastique. au moins un organe coopère avec le clapet et de préférence un ressort de rappel configuré pour ramener l'au moins un clapet à la position de 5 fermeture. De préférence, l'au moins un organe est choisi parmi un organe élastique, un ressort de rappel, un lest, un clapet de régularisation, un clapet anti-retour, un clapet anti-refoulement Alternativement le clapet est configuré pour se déformer et revenir élastiquement en position de fermeture. 10 l'au moins un clapet est monté en rotation autour d'un axe horizontal. la paroi de séparation s'étend dans un plan horizontal. le système comprend un dispositif de sécurité disposé sur la paroi périphérique et configuré pour autoriser une sortie du flux d'air depuis le deuxième compartiment vers l'extérieur lorsque la vitesse dudit flux 15 exercée sur ledit dispositif de sécurité est supérieure à une valeur seuil de sécurité prédéterminée. La valeur seuil de sécurité prédéterminée est par exemple de l'ordre de 90 km/h ; cette vitesse étant le seuil de tolérance généralement admis pour les éoliennes à pâles. le dispositif de sécurité comprend au moins un passage de sécurité et un 20 volet, monté en rotation selon un axe horizontal, et équipé d'un moyen de rappel configuré pour maintenir ledit volet en position fermée jusqu'à ce que la valeur seuil de sécurité prédéterminée soit atteinte, dans lequel le volet obstrue ledit passage de sécurité lorsqu'il est en position fermée et dans lequel il autorise le passage d'une partie au moins dudit flux d'air 25 lorsqu'il est dans une position ouverte, c'est-à-dire lorsqu'il est éloigné dudit passage de sécurité. le dispositif de sécurité comprend au moins un passage de sortie et un volet, monté en rotation selon un axe horizontal, et équipé d'un moyen de rappel configuré pour maintenir ledit volet en position fermée jusqu'à 30 ce que la valeur seuil de sécurité prédéterminée soit atteinte, dans lequel le volet obstrue ledit passage de sortie lorsqu'il est en position fermée et dans lequel il autorise le passage d'une partie au moins dudit flux d'air 3041711 6 lorsqu'il est dans une position ouverte, c'est-à-dire lorsqu'il est éloigné dudit passage de sécurité. le moyen de rappel est choisi parmi un ressort ou une masse. le premier dispositif de transformation d'énergie comprend au moins une 5 pâle configurée pour être entraînée en rotation par ledit flux d'air ; l'au moins un passage de sécurité étant positionné en amont de l'au moins une pâle. le premier dispositif de transformation d'énergie comprend au moins une pâle configurée pour être entraînée en rotation par ledit flux d'air ; l'au 10 moins un passage de sortie étant positionné en aval de l'au moins une pâle. le système comprend un dispositif de sécurité comprenant au moins un passage de sécurité, dans lequel le premier dispositif de transformation d'énergie comprend au moins une pâle et dans lequel le deuxième 15 compartiment est fermé à l'exception de l'au moins un clapet, d'une section de passage au travers de l'au moins une pâle et du passage de sécurité. le système comprend un dispositif de filtrage disposé au niveau de la paroi périphérique et configuré pour filtrer le flux d'air lors de son 20 introduction dans le premier compartiment à travers ladite au moins une ouverture. le dispositif de filtrage est choisi parmi un grillage, un filet, un maillage. le premier dispositif de transformation d'énergie comprend au moins une pâle montée en rotation autour d'un axe vertical. 25 l'au moins une ouverture du premier compartiment présente une section d'entrée S1 et l'au moins un passage de communication présente une section de sortie S2; la section d'entrée S1 étant supérieure à la section de sortie S2 de manière à créer un effet venturi. La section d'entrée S1 de l'au moins une ouverture du premier compartiment et la section de 30 sortie S2 du passage de communication sont tels que S2 REVENDICATIONS1. Système pour produire de l'énergie électrique à partir de l'énergie du vent caractérisé en ce qu'il comprend au moins un étage comprenant une paroi périphérique (900) ; ladite paroi périphérique (900) délimitant au moins : - un premier compartiment (100) comprenant au moins une ouverture (150) configurée pour capter un flux d'air issu du vent, en provenance de l'extérieur du système, et l'introduire dans le premier compartiment (100), - un deuxième compartiment (200) configuré pour être traversé par ledit flux d'air introduit dans le premier compartiment (100), et comprenant un premier dispositif de transformation d'énergie, configuré pour transformer l'énergie cinétique dudit flux d'air en énergie mécanique, le système comprenant en outre un deuxième dispositif de transformation d'énergie configuré pour transformer l'énergie mécanique du flux d'air en énergie électrique; et dans lequel le premier compartiment (100) et le deuxième compartiment (200) sont séparés par une paroi de séparation (300) pourvue d'au moins un passage de communication et d'au moins un clapet (400) configuré de sorte à passer d'une position d'ouverture pour autoriser le passage du flux d'air depuis le premier compartiment (100) vers le deuxième compartiment (200) et à travers ledit passage de communication, à une position de fermeture pour empêcher le passage du flux d'air depuis le deuxième compartiment (200) vers le premier compartiment (100) à travers ledit passage de communication. 2. Système selon la revendication précédente dans lequel le premier dispositif de transformation d'énergie comprend au moins une pâle (600) configurée pour être entraînée en rotation par ledit flux d'air et dans lequel le deuxième compartiment (200) comprend une chambre de régulation (500) située en amont de ladite au moins une pâle (600), par rapport au sens d'écoulement dudit flux d'air dans le système. 3041711 18 3. Système selon la revendication précédente dans lequel la chambre de régulation (500) est délimitée par au moins la paroi périphérique (900), la paroi de séparation (300) et ladite au moins une pâle (600). 4. Système selon la revendication précédente dans lequel le deuxième 5 dispositif de transformation d'énergie est compris dans ledit étage. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'au moins un clapet (400) est configuré pour revenir dans la position de fermeture par une force élastique. 6. Système selon la revendication précédente comprenant au moins un 10 organe de rappel (705) coopérant avec le clapet (400), configuré pour ramener l'au moins un clapet (400) à la position de fermeture. 7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'au moins un clapet (400) est monté en rotation autour d'un axe horizontal. 15 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la paroi de séparation (300) s'étend dans un plan horizontal. 9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un dispositif de sécurité disposé sur la paroi périphérique (900) et configuré pour autoriser une sortie du flux d'air depuis le deuxième 20 compartiment (200) vers l'extérieur lorsque la vitesse dudit flux exercée sur ledit dispositif de sécurité est supérieure à une valeur seuil de sécurité prédéterminée. 10. Système selon la revendication précédente dans lequel le dispositif de sécurité comprend au moins un passage de sécurité et un volet (701), monté en 25 rotation selon un axe horizontal, et équipé d'un organe de rappel (705) configuré pour maintenir ledit volet (701) en position fermée jusqu'à ce que la valeur seuil de sécurité prédéterminée soit atteinte, dans lequel le volet (701) obstrue ledit passage de sécurité lorsqu'il est en position fermée et dans lequel il autorise le passage d'une partie au moins dudit flux d'air lorsqu'il est dans une 3041711 19 position ouverte, c'est-à-dire lorsqu'il est éloigné dudit passage de sécurité (701). 11. Système selon l'une quelconque des deux revendications précédentes dans lequel le dispositif de sécurité comprend au moins un passage de sortie et 5 un volet (702), monté en rotation selon un axe horizontal, et équipé d'un organe de rappel (705) configuré pour maintenir ledit volet (702) en position fermée jusqu'à ce que la valeur seuil de sécurité prédéterminée soit atteinte, dans lequel le volet (702) obstrue ledit passage de sortie lorsqu'il est en position fermée et dans lequel il autorise le passage d'une partie au moins dudit flux 10 d'air lorsqu'il est dans une position ouverte, c'est-à-dire lorsqu'il est éloigné dudit passage de sécurité. 12. Système selon l'une quelconque des deux revendications précédentes dans lequel l'organe de rappel (705) est choisi parmi un ressort ou une masse. 13. Système selon la revendication 10 dans lequel le premier dispositif de 15 transformation d'énergie comprend au moins une pâle (600) configurée pour être entraînée en rotation par ledit flux d'air ; l'au moins un passage de sécurité (701) étant positionné en amont de l'au moins une pâle (600). 14. Système selon la revendication 11 dans lequel le premier dispositif de transformation d'énergie comprend au moins une pâle (600) configurée pour 20 être entraînée en rotation par ledit flux d'air ; l'au moins un passage de sortie (702) étant positionné en aval de l'au moins une pâle (600). 15. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un dispositif de sécurité comprenant au moins un passage de sécurité (701), dans lequel le premier dispositif de transformation d'énergie 25 comprend au moins une pâle (600) et dans lequel le deuxième compartiment (200) est fermé à l'exception de l'au moins un clapet (400), d'une section de passage au travers de l'au moins une pâle (600) et du passage de sécurité (701). 3041711 20 16. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un dispositif de filtrage (800) disposé au niveau de la paroi périphérique (900) et configuré pour filtrer le flux d'air lors de son introduction dans le premier compartiment (100) à travers ladite au moins une ouverture 5 (150). 17. Système selon la revendication précédente dans lequel le dispositif de filtrage (800) est choisi parmi un grillage, un filet, un maillage. 18. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier dispositif de transformation d'énergie comprend au moins une 10 pâle (600) montée en rotation autour d'un axe vertical. 19. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'au moins une ouverture (150) du premier compartiment (100) présente une section d'entrée S1 (110) et l'au moins un passage de communication présente une section de sortie S2 (120) ; la section d'entrée S1 (110) étant 15 supérieure à la section de sortie S2 (120) de manière à créer un effet venturi. 20. Système selon la revendication 2 dans lequel le deuxième dispositif de transformation d'énergie comprend un générateur (650) configuré de sorte à ce que le premier dispositif de transformation d'énergie, mis en mouvement par le flux d'air traversant la chambre de régulation (500), actionne ledit générateur 20 (650). 21. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une structure porteuse (1000) solidaire de la paroi périphérique (900) ; la paroi périphérique (900) est circulaire selon une section horizontale et la structure porteuse (1000) s'étend principalement verticalement au centre de 25 la paroi périphérique (900). 22. Système selon la revendication précédente dans lequel la structure porteuse (1000) est formée en un matériau composite. 3041711 21 23. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une dimension de hauteur comprise entre 1 et 20 mètres et une dimension de largeur comprise entre 0,5 mètre et 10 mètres. 24. Système selon l'une des revendications précédentes comprenant une 5 pluralité d'étages superposés verticalement.