Brevet FR3085185A1 — publié le 20200228

Description Titre de l'invention : Dispositif utilisant la force motrice des vi- brations induites par vortex (VIV) exercées sur un prisme de section circulaire orienté face au vent pour transformer l'énergie éolienne en électricité [0001] La présente invention concerne une éolienne dépourvue de pales, utilisant les vi- brations induites par vortex pour transformer l'énergie du vent en énergie cinétique et en électricité. Elle se base sur les oscillations verticales subies par un prisme de section circulaire orienté face à un flux d'air. [0002] Il s'avère que dans le contexte environnemental actuel, marqué par le recours massif aux énergies fossiles et par le dérèglement climatique dont il est la conséquence, toutes les solutions d'exploitation des énergies renouvelables, et notamment du vent, et quel que soit leur rendement, doivent être étudiées et développées pour concourir à atteindre les objectifs nationaux de production d'énergie renouvelable. [0003] Les éoliennes à pales, à axe vertical ou horizontal, bien qu'offrant des rendements inégalés, présentent des contraintes d'installation et d'acceptation qui empêchent globalement une exploitation optimale de la ressource du vent. Les éoliennes à pale sont aujourd'hui la solution la plus répandue pour exploiter cette énergie. [0004] L'étude de l'état de l'art a révélé au demandeur un système abouti exploitant le phénomène d'aéroélasticité et des vibrations induites par vortex. El s'agit du système Vortex bladeless » mis au point par une équipe Espagnole, et qui diffère de la présente invention en ce qu'il s'agit d'un prisme cylindrique vertical ancré dans le sol, et qui ne nécessite pas d'être orienté face au vent. [0005] La présente invention propose une solution technique alternative et complémentaire pour l'exploitation de l'énergie du vent. Compacte, silencieuse et non dangereuse, la solution selon l'invention pourrait être développée et multipliée en milieu urbain notamment, en habitat individuel ou en tout autre milieu. De par sa conception, et la possibilité de réaliser des petits modèles, il pourrait même être envisagé de réaliser des dispositifs portables, à installer en toute place exposée au vent. On peut aussi imaginer que d'un point de vue administratif, ces appareils puissent bénéficier de démarches simplifiées pour leur installation. L'invention présentée ici s'inscrit dans le principe du moissonnage d'énergie. De par la simplicité de conception, les coûts de fabrication et de maintenance de la présente invention devraient être contenus, ce qui pourrait compenser ce que les études menées sur de tel systèmes montrent, à savoir des rendements inférieurs aux machines classiques. [0006] Lc principe du présent dispositif consiste, en la présence de vent, à exploiter la force I motrice des oscillations verticales d'un prisme de section circulaire fermé et monté horizontalement sur ressorts pour générer de l'électricité. Il est basé sur le phénomène de galop, d'aéroélasticité ou de vibrations induites par vortex (VIV), qui résulte de cc qu'un solide placé dans un flux d'air ou d'eau se mette à osciller à sa fréquence propre, perpendiculairement à la force du fluide, et à une fréquence de plusieurs dizaines de hertz dans un flux d'air. Le dispositif selon l'invention oriente le prisme de section circulaire face au vent et l'adjonction d'un prisme fixe de section rectangulaire en arrière du prisme de section circulaire mobile améliore notablement la vitesse de mise en mouvement ainsi que l'amplitude des oscillations. Sans ce dernier, la mise en mouvement du prisme de section circulaire est plus aléatoire et atteint des oscillations de moindre amplitude. En outre, la configuration de la structure permet d'y positionner un système de génération d'électricité. [0007] Les dessins annexés illustrent l'invention. [0008] [fig.]] représente en modélisation 3D une vue globale du dispositif de l'invention. [0009] [fig.2] représente en modélisation 3D une vue de face du dispositif de l'invention. [0010] [fig.3] représente en modélisation 3D une vue arrière du dispositif de l'invention. [0011] [fig.4] représente en modélisation 3D une vue de côté du dispositif de l'invention. [0012] [fig.5] représente en modélisation 3D une vue de dessus du dispositif de l'invention. [0013] En référence à ces dessins, le dispositif est constitué d'un mât métallique (1), ou de toute autre matière adaptée, qui doit être en conditions d'utilisation parfaitement vertical et d'aplomb, ancré dans le sol, fixé à un support solide fixe ou à un support mobile stable. [0014] Dans la partie supérieure de ce mât est inséré un axe (2) monté sur deux roulements à billes axiaux, eux même insérés dans la partie supérieure du mât (1), et qui fait office de pivot. La partie supérieure de cet axe est constituée d'une tige filetée. [0015] Sur cet axe (2), grâce à la tige filetée, est fixée une platine métallique (3), ou de toute autre matière adaptée, qui peut ainsi pivoter librement dans un plan horizontal. [0016] Fixé sur la platine (3), grâce à la tige filetée du pivot, centré exactement dans l'axe dudit pivot, et perpendiculairement à l'axe longitudinal de ladite platine, se trouve le berceau (4). Le berceau va subir les vibrations liées au déplacement vertical rapide du prisme de section circulaire (6) et doit pour cela présenter une structure rigide et renforcée, en métal ou de toute autre matière adaptée, telle que sur le dessin. C'est également à cause des vibrations qu'il est fixé exactement au-dessus de l'axe du pivot 3 (2), pour que ce dernier absorbe lesdites vibrations. Une position désaxée favoriserait les vibrations de la platine et de l'ensemble du dispositif. [0017] Lc berceau (4) va soutenir horizontalement, et au centre exact dudit berceau, le prisme de section circulaire fermé (6) à l'aide de quatre ressorts (5). Les ressorts sont fixés d'un côté au berceau (4) à l'aide de deux pattes (7) maintenant entre lesdits ressorts un écartement mesuré, légèrement supérieur au diamètre du prisme de section circulaire (6), et de l'autre côté sur le périmètre des faces externes du prisme de section circulaire, à l'intersection de leur diagonale horizontale. Cette disposition vise à ce que le prisme de section circulaire (6) ne tourne pas sur lui-même et reste stable dans sa course. Pour que le prisme de section circulaire (6) puisse entrer dans un mouvement de translation vertical parfaitement rectiligne, et sans mouvements parasites, les ressorts (5) doivent avoir une force suffisante et rigoureusement identique. Par ailleurs, le prisme de section circulaire fermé (6) doit être le plus léger possible, réalisé en métal ou en toute autre matière légère et résistante. Il est possible d'imaginer de coupler plusieurs prismes de section circulaire dans le même berceau. Cette solution n'est pas représentée dans les schémas ci-dessous. [0018] Sur chaque face externe du prisme de section circulaire fermé (6), en leur centre respectif, sont disposés deux aimants (8). Face à ces aimants, deux rangées respectives de trois bobines de cuivre ou plus (9), fixées sur les montants verticaux du berceau (4), permettront de générer de l'électricité lorsque le prisme de section circulaire (6) et les aimants (8) oscilleront entre elles. Le nombre de bobines ou leur forme représentée n'est pas limitative et pourra faire l'objet d'adaptations dans le cadre d'une optimisation du système. [0019] A l'arrière du prisme de section circulaire fermé (6) est disposé un prisme horizontal de section rectangulaire et fixe (10), qui a pour but de faciliter la mise en mouvement du prisme de section circulaire (6) et d'en réguler la trajectoire. Le positionnement du prisme de section rectangulaire fixe (10) est déterminé par le positionnement du prisme de section circulaire mobile (6) lorsque celui-ci est au repos, son axe longitudinal se situant exactement au même niveau et parallèlement au prisme de section circulaire mobile (6). 11 est situé à une distance du prisme de section circulaire (6) égale ou inférieure à la moitié du diamètre dudit prisme de section circulaire (6). La hauteur de ce prisme de section rectangulaire fixe (10) est inférieure ou égale à la moitié du diamètre du prisme de section circulaire mobile (6), sa largeur étant au moins égale à sa hauteur. Le prisme de section rectangulaire horizontal (10) est fixé en son centre à la platine (3) à l'aide d'une tige filetée, ses deux extrémités étant également fixées aux dérives (11). Le choix de la matière pour la réalisation de cette pièce est indifférent, pourvu qu'elle soit rigide et imputrescible. Ce prisme de section rectangulaire fixe (10) améliore de manière non négligeable le rendement du dispositif en accélérant la mise en 4 mouvement du prisme de section circulaire (6) et en amplifiant l'amplitude des oscillations. [0020] Enfin, fixées à la platine (3) à l'aide de tiges filetées et également au prisme de section rectangulaire fixe (10), deux dérives (11) permettent de faire pivoter la platine (3) et d'orienter le dispositif face au vent. Les dérives (11) peuvent être réalisées dans une résine synthétique ou toute autre matière non putrescible. Selon un autre mode de conception non présenté ici il peut être envisagé de n'intégrer qu'une seule dérive au dispositif [0021] Lc dessin de ces illustrations est à titre indicatif, et il peut exister des variantes de construction qui ne sont pas reprises ici. [0022] A titre d'exemple non limitatif, le prisme de section circulaire à un diamètre d'environ 5 centimètres pour une longueur d'environ 15 centimètres. Le prisme de section rectangulaire fixe possède une hauteur de 2,5 centimètres pour une largeur de 4 centimètres environ. Le berceau mesure environ 40 centimètres de large pour 20 centimètres de hauteur. Les dérives mesurent environ 30 centimètres de hauteur pour 10 centimètres de largeur. Selon l'invention, des dispositifs de tailles supérieures ou inférieures peuvent être envisagés. [0023] Lc prototype réalisé à ces mesures peut atteindre des oscillations d'une quinzaine de centimètres d'amplitude. Des études ont montré que les oscillations d'un prisme de section circulaire peuvent atteindre une soixantaine de hertz. [0024] La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et re- présentés mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. [0025] L'invention décrite ici est particulièrement destiné à transformer l'énergie éolienne et énergie cinétique et en électricité. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]