Brevet FR3072734A1 — publié le 20190426

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. ETAT 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 conversion 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 de ses pâles, la vitesse du vent et enfin la température qui influe sur la densité de l'air. Notons notamment que, dans la formule de puissance du vent (exprimée en Watt), le facteur vitesse est à la puissance 3. 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, 2 interdites en zones urbaines et rejetées de plus en plus par les populations riveraines. En outre, le rendement des éoliennes actuelles est trop faible, ceci étant dû notamment à la nécessité de vents suffisamment forts pour démarrer la rotation des pales et commencer à produire de l'électricité. Ces vents 5 suffisamment forts sont trop rarement observés, ce qui réduit d'autant la durée pendant laquelle l'éolienne fonctionne. La présente invention vise à pallier au moins l'un des inconvénients susmentionnés. Il existe en particulier un besoin pour un système de production d'énergie lo électrique à partir d'énergie éolienne qui présente un rendement énergétique amélioré, tout en étant peu coûteux et le cas échéant compatible avec un usage domestique. RESUME DE L'INVENTION 15 Pour atteindre cet objectif, un aspect de la présente invention concerne un système de production d'énergie électrique à partir d'énergie éolienne, le système comprenant : - un dispositif d'admission comprenant au moins deux tuyères, chaque tuyère s'étendant depuis une première extrémité jusqu'à une 20 seconde extrémité, chaque première extrémité étant configurée pour pouvoir capter un flux d'air dit principal provenant de l'environnement extérieur au système, de préférence quel que soit la direction de propagation du vent, - un dispositif de conversion comprenant au moins : 25 o une chambre dans laquelle au moins une tuyère débouche par sa seconde extrémité et o une turbine agencée dans la chambre et associée à un générateur électrique ; et un dispositif d'évacuation d'air provenant du dispositif de conversion 30 vers l'environnement extérieur au système. Le système est tel que le dispositif de conversion comprend en outre au moins une deuxième turbine, la seconde extrémité de chaque tuyère étant agencée conjointement avec, par exemple en regard de ou à l'aplomb de, une 3 seule turbine pour convertir, en énergie mécanique, l'énergie éolienne du flux d'air principal guidé par cette tuyère. Ainsi, chaque tuyère est avantageusement associée à un dispositif de conversion, et en particulier à une turbine. En outre, chaque première extrémité 5 de chaque tuyère peut être orientée pour capter un flux d'air principal soufflant dans une direction qui lui est propre. Dès lors, le système permet de produire de l'énergie électrique quelle que soit la direction selon laquelle le vent souffle, et ce en nécessitant une puissance moindre du vent, du fait que chaque turbine peut être de dimensions relativement réduites par rapport à celles des turbines 10 des systèmes actuels. Ainsi la présente invention propose une solution particulièrement efficace pour améliorer le rendement énergétique amélioré des systèmes de production d'énergie électrique à partir d'énergie éolienne, tout en étant peu coûteux. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, qui peuvent être mises en 15 oeuvre de façon combinée ou alternative, sont indiquées ci-après : - le dispositif d'admission forme un premier compartiment dans lequel les tuyères sont agencées, le dispositif de conversion forme un deuxième compartiment, dont des parois sont formées éventuellement des parois de la chambre, et le dispositif 20 d'évacuation forme un troisième compartiment, le deuxième compartiment étant situé entre le premier compartiment et le troisième compartiment ; les compartiments présentent de préférence des sections transversales de forme et de dimensions sensiblement identiques de sorte qu'un empilement des trois 25 compartiments forme au moins une partie d'une tour éolienne ; - au moins une tuyère est configurée pour guider le flux d'air principal en minimisant les pertes de charge, l'au moins un premier conduit présentant par exemple une forme sensiblement hélicoïdale, - la seconde extrémité de chaque tuyère est agencée en regard d'une 30 seule turbine, la turbine agencée en regard d'une tuyère donnée étant différente de la ou des turbine agencée en regard d'une autre tuyère. Ainsi, chaque turbine est respectivement agencée en regard d'une tuyère. 4 - Le système forme une tour éolienne. - Au moins une turbine et de préférence toutes les turbines sont configurées pour tourner d'un axe de rotation sensiblement vertical. Elles présentent des pales agencées pour tourner autour de cet axe 5 de rotation vertical. - La seconde extrémité d'une tuyère présente, selon une section horizontale une surface Si. Les turbines comportent des pales définissant un diamètre externe qui délimite une surface S2. Si et S2 sont telles que 0.5*52 REVENDICATIONS1. Système (0) de production d'énergie électrique à partir d'énergie éolienne, le système (0) comprenant : un dispositif d'admission (1) comprenant au moins deux tuyères (5), chaque tuyère (5) s'étendant depuis une première extrémité (51) jusqu'à une seconde extrémité (52), chaque première extrémité (51) étant configurée pour pouvoir capter un flux d'air dit principal provenant de l'environnement extérieur au système (0), - un dispositif de conversion (2) comprenant au moins : o une chambre-dans laquelle au moins une tuyère (5) débouche par sa seconde extrémité (52) et o une turbine (6) agencée dans la chambre et associée à un générateur électrique (7) ; et - un dispositif d'évacuation (3) d'air provenant du dispositif de conversion (2) vers l'environnement extérieur au système (0) ; caractérisé en ce que le dispositif de conversion (2) comprend en outre au moins une deuxième turbine (6), la seconde extrémité (52) de chaque tuyère (5) étant agencée conjointement avec une seule turbine (6) parmi ladite turbine (6) et ladite au moins une turbine (6) pour convertir, en énergie mécanique, l'énergie éolienne du flux d'air principal guidé par cette tuyère. 2. Système (0) selon la revendication précédente, dans lequel au moins une tuyère (5) présente une forme sensiblement hélicoïdale. 3. Système (0) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une tuyère (5) présentant une section décroissante depuis sa première extrémité (51) jusqu'à sa seconde extrémité (52), l'au moins une tuyère (5) étant ainsi configurée pour augmenter la vitesse du flux d'air principal. 4. Système (0) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'admission (1) comprend une paroi périphérique (12) 22 comprenant au moins deux entrées (8) depuis chacune desquelles une tuyère (5) s'étend par sa première extrémité (51). 5. Système (0) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 dans lequel le dispositif d'évacuation (3) comprend une paroi périphérique (12) comprenant au moins deux ouvertures (18), chaque ouverture (18) étant configurée pour successivement : - évacuer un flux d'air provenant du dispositif de conversion (2) vers l'environnement extérieur au système (0) et 10 - capter un flux d'air dit secondaire provenant de l'environnement extérieur au système (0), en fonction de la direction du vent soufflant sur le système (0). 6. Système (0) selon l'une quelconque des revendications précédentes, 15 dans lequel le dispositif d'évacuation (3) comprend au moins un premier conduit (9) s'étendant depuis une première extrémité (91) jusqu'à une seconde extrémité (92), la première extrémité (91) dudit au moins un premier conduit (9) débouchant dans la chambre du dispositif de conversion (2) à l'aplomb d'au moins une turbine (6). 20 7. Système (0) selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un premier conduit (9) présente la forme d'un diffuseur configuré pour diminuer la pression d'un flux d'air provenant du dispositif de conversion (2), l'au moins un premier conduit (9) présentant une section croissante depuis sa 25 première extrémité (91) jusque sa seconde extrémité (92). 8. Système (0) selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'évacuation (3) comprend au moins deux premiers conduits (9), la première extrémité (91) de chaque premier conduit (9) étant agencée à 30 l'aplomb d'une seule turbine (6). 9. Système (0) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'évacuation (3) comprend au moins un deuxième 23 conduit (10), chaque deuxième conduit (10) s'étendant depuis une première extrémité (101) jusqu'à une seconde extrémité (102), la première extrémité (101) d'au moins un deuxième conduit (10) étant configurée pour capter un flux d'air dit secondaire provenant de l'environnement extérieur au système (0), 5 chaque deuxième conduit (10) étant configuré de sorte que le dispositif de conversion (2) débouche dans le deuxième conduit (10) entre la première extrémité (101) et la seconde extrémité (102) du deuxième conduit (10). 10. Système (0) selon la revendication précédente, dans lequel au moins 10 un deuxième conduit (10) présente une section décroissante depuis sa première extrémité (101) jusqu'à sa seconde extrémité (102)L, l'au moins un deuxième conduit (10) étant ainsi configuré pour augmenter la vitesse du flux d'air secondaire. 15 11. Système (0) selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'évacuation (3) comprend au moins deux deuxièmes conduits (10), chaque deuxième conduit (10) étant agencé à l'aplomb d'une turbine (6). 20 12. Système (0) selon l'une des revendications 6 à 8 en combinaison avec l'une des revendications 9 à 11, dans lequel le dispositif de conversion (2) débouche dans un deuxième conduit (10) par l'intermédiaire d'un premier conduit (9). 25 13. Système (0) selon l'une quelconque des revendications 5 à 12, dans lequel au moins une ouverture (18) est située à l'aplomb d'une première extrémité (51) de chaque tuyère (5) et dans lequel les premières extrémités (51) des tuyères (5) sont réparties selon une symétrie de rotation autour d'un axe longitudinal (17) du système (0). 30 14. Système (0) selon l'une quelconque des revendications 4 à 13, comprenant trois tuyères (5) et trois turbines (6) réparties selon une même symétrie de rotation autour d'un axe longitudinal (17) du système (0), chaque 24 tuyère (5) étant configurée de sorte à guider le flux d'air principal jusqu'à l'une ou l'autre des deux turbines (6) les plus éloignées de la première extrémité (51) de cette tuyère (5). 5 15. Tour éolienne (100) comprenant une coiffe (11), une fondation (13) et un système (0) de production d'énergie électrique à partir d'énergie éolienne selon l'une quelconque des revendications précédentes.