BE1029739B1 - Éolienne à axe perpendiculaire à la direction du vent - Google Patents

Éolienne à axe perpendiculaire à la direction du vent Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne une éolienne comportant une roue à aubes (1) qui est montée sur un arbre de rotation (7) et qui est associée à un concentrateur de vent (20) au moins partiellement annulaire, éventuellement réglable en position, qui comporte des aubes (25) éventuellement réglables agencées autour de ladite roue à aubes (1), entre deux éléments annulaires opposés (31,33), essentiellement perpendiculairement à ceux-ci, deux éléments annulaires (31,33) dont l’un au moins présente une surface intérieure s’écartant du plan de symétrie (41) de la roue à aubes en s’éloignant de l’axe de symétrie (5) de l’élément annulaire (31,33). L’agencement selon l’invention permet d’augmenter la concentration du vent entrant dans la roue à aubes (1) et ainsi d’améliorer les performances de celle-ci.

Description

! BE2022/5102
Éolienne à axe perpendiculaire à la direction du vent
[0001] La présente invention est relative à une éolienne à axe essentiellement perpendiculaire à la direction du vent qui l’anime, notamment une éolienne destinée à la production d'énergie électrique. Elle concerne plus particulièrement une éolienne comportant une roue à aubes à axe de rotation essentiellement perpendiculaire à la direction du vent.
[0002] La génération d’énergie électrique à partir de sources d’énergies renouvelables est un domaine qui concentre énormément d'efforts ces dernières années. Dans le cadre des machines rotatives permettant de générer du courant électrique à l’aide du vent, on distingue les éoliennes à axe de rotation parallèle à la direction du vent et les éoliennes à axe de rotation transversale, de préférence essentiellement perpendiculaire , à la direction du vent qui l’anime. Si les premières sont de plus en plus grandes, peuvent de nos jours générer jusqu’à plus de 300 MW et sont parfois regroupées en champs de plusieurs dizaines de machines, notamment en haute mer, les deuxièmes ont connu un essor moins important mais ont néanmoins tout leur intérêt dans de plus petites installations.
[0003] Parmi les éoliennes à axe de rotation perpendiculaire à la direction du vent, on connaît notamment les roues à aubes. La roue à aubes peut être associée à un concentrateur de vent au moins partiellement annulaire, éventuellement réglable en position, qui comporte des aubes éventuellement réglables agencées autour de la roue à aubes, entre deux plateaux annulaires et qui servent à guider et concentrer le vent avant qu’il n’impacte les aubes de la roue à aubes, et éventuellement à faciliter la sortie des vents après avoir entrainé la roue à aubes. On citera notamment WO2004/063565 ou WO2004/018872 ou encore WO2012/026879.
[0004] La présente invention vise à améliorer les performances d’une telle éolienne à axe de rotation perpendiculaire à la direction du vent, comportant une roue à aubes.
[0005] La présente invention vise encore à fournir un ensemble générateur électrique à partir de sources d'énergies renouvelables, avantageusement de diverses sources d’énergies renouvelables.
[0006] Selon l'invention, l’éolienne comporte une roue à aubes qui est montée sur un arbre de rotation et qui est associée à un concentrateur de vent au moins partiellement annulaire,
2 BE2022/5102 éventuellement réglable en position, qui comporte des aubes éventuellement réglables agencées autour de ladite roue à aubes, entre deux éléments annulaires opposés, essentiellement perpendiculairement à ceux-ci, deux éléments annulaires dont l’un au moins présente une paroi ou surface intérieure s’écartant du plan de symétrie de la roue à aubes en s’éloignant de l’axe de symétrie de l’élément annulaire. L’agencement selon l’invention permet d'augmenter la concentration du vent entrant ou, exprimé différemment, d’augmenter la vitesse du vent en direction des aubes de roue à aubes, et ainsi d'augmenter la puissance et d’améliorer les performances de celle-ci dans la production électrique.
[0007] Selon une forme d’exécution, ladite surface intérieure d’un élément annulaire est essentiellement plane. Dans ce cas, elle forme une surface tronconique sur le pourtour de la roue à aubes. Selon une autre forme d’exécution, elle peut être courbe, à la manière d’un pavillon de trompette. Dans les deux cas, on crée sur le pourtour de la roue à aubes des cellules ayant une section de captage de vent significativement accrue par rapport à la section de passage du vent dans la roue aubes. La section de captage est aussi accrue par rapport à la section de captage d’un concentrateur connu ayant des surfaces externes essentiellement ou approximativement dans le plan des surfaces externes de la roue à aubes.
[0008] La roue à aubes peut être agencée horizontalement (l’axe étant essentiellement vertical) ou verticalement (l’axe étant essentiellement horizontal). Dans les deux cas, l’axe ou arbre de rotation est avantageusement essentiellement perpendiculaire à la direction du vent.
[0009] La roue à aubes peut avantageusement être associée à au moins une machine génératrice de courant électrique. Selon une forme d'exécution avantageuse, ladite au moins une machine génératrice électrique est montée sur l’arbre de la roue à aubes.
[0010] Selon une autre forme d’exécution avantageuse, une machine génératrice électrique est montée sur l’arbre de la roue à aubes de chaque côté de celle-ci. Cet agencement permet d’équilibrer au mieux les charges et/ou sollicitations agissant sur l’arbre de la roue à aubes et ainsi de réduire l’usure des paliers et roulements entrainant des frictions et réduisant ainsi le rendement de la machine.
[0011] La présente invention concerne encore un ensemble générateur électrique de deux ou plus de roues à aubes associées à une ou plusieurs machines génératrices électriques. Selon une forme d'exécution avantageuse, les diverses roues à aubes sont montées sur un même arbre de rotation
3 BE2022/5102 et une machine génératrice électrique est montée à chacune des deux extrémités de l’arbre de rotation et éventuellement entre deux roues à aubes. Un tel ensemble générateur électrique permet de regrouper avantageusement plusieurs roues à aubes sur un même axe de rotation de façon bien équilibrée et de produire du courant électrique avec de bons rendements.
[0012] Un tel ensemble générateur électrique peut être agencé dans une structure de support surmonté d’une toiture. Cette dernière peut être formée par ou couverte de panneaux photovoltaïques. Cet ensemble générateur électrique est particulièrement efficace puisqu'il s’approvisionne de deux sources énergétiques renouvelables, le vent et le soleil. On sait que la plupart du temps l’une des deux sources est opérationnelle lorsque l’autre ne l’est pas et, de ce fait, la période de fonctionnement de l’ensemble générateur de l’invention est accrue.
[0013] Illest bien entendu que dans le cadre de la présente invention, les termes « vertical » et « horizontal » au singulier et au pluriel ont la signification habituelle, l’objet étant en position normale de montage et/ou d'utilisation.
[0014] Si l’objet de l'invention est bien tel que décrit ci-dessus, il ne concerne pas les aubes, ni leur position, ni leur forme, ni leur constitution. L'homme de l’art est certes en mesure de sélectionner les aubes, tant de la roue à aubes que du concentrateur de vent, selon les besoins de l'installation à construire.
[0015] L'invention est décrite plus en détails dans l’exemple ci-dessous, à l’appui des figures dans lesquelles : - La Figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d’une éolienne selon l'invention, perpendiculairement à l’axe de rotation de la roue à aubes ; et - La Figure 2 est une vue schématique latérale d’une éolienne selon l'invention ; et - La Figure 3 représente schématiquement un ensemble générateur électrique comportant plusieurs éoliennes selon l’invention.
[0016] Dans les figures, les mêmes repères de référence se rapportent à des éléments identiques ou similaires. Il est bien entendu que les figures sont schématiques et servent uniquement à la bonne compréhension et à illustrer la présente description sans pour autant servir à limiter la portée de l'invention.
+ BE2022/5102
[0017] La représentation schématique de la figure 1 montre clairement une roue à aubes 1 classique comportant des aubes 3 réparties uniformément angulairement autour de l’axe de rotation 5. En référence à la figure 2, il apparaît clairement que la roue à aubes 1 est montée sur un arbre 7 qui matérialise l’axe de rotation 5. Sur cet arbre 7 sont montées deux génératrices électriques 11 et 13. Sur le pourtours de la roue à aubes 1 est agencé un concentrateur de vent 20.
Dans l’exemple représenté, ledit concentrateur de vent 20 est fixe et comporte des aubes 25. Selon l’exemple, celles-ci sont fixes également, toutes orientées de la même manière et uniformément réparties sur la périphérie de la roue à aubes 1, donc angulairement autour de l’axe de symétrie 5 du concentrateur de vent 20. On peut néanmoins prévoir des aubes orientables en fonction de la direction du vent impactant. En variante, on peut prévoir que le concentrateur de vent 20 soit orientable. Comme on peut le voir à la figue 2, les aubes 25 du concentrateur de vent 20 sont agencées entre deux éléments annulaires ou parois annulaires opposées 31 et 33, essentiellement perpendiculairement à celles-ci, deux parois annulaires 31,33 qui présentent une surface intérieure 35,37 respectivement, qui s’écarte du plan de symétrie 41 de la roue à aubes 1 en s’éloignant de axe de symétrie 5 de l’élément annulaire 31,33.
[0018] L’agencement selon l'invention permet de concentrer le vent entrant 50 en direction des aubes, notamment d’augmenter la vitesse du vent à l’entrée de la roue à aubes, et ainsi d'augmenter la puissance et d'améliorer les performances de celle-ci, pour une plus grande production électrique.
[0019] On notera que dans les représentations, l’axe de rotation 5 de la roue à aubes 1 est vertical.
Il est bien entendu et clair pour l'homme du métier qu’elle peut aussi être horizontale ou présenter toute autre orientation. De toute manière, cet axe 5 reste essentiellement perpendiculaire à la direction du vent 50.
[0020] Dans la forme d’exécution représentée, ladite surface intérieure 35,37 d’un élément annulaire 31,33 est essentiellement plane. Elle forme donc une surface tronconique sur le pourtour de la roue à aubes 1. En variante, elle peut être courbe, à la manière d’un pavillon de trompette.
Dans les deux cas, on crée sur le pourtour de la roue à aubes des cellules ayant une section de captage de vent significativement accrue par rapport à la section de passage du vent dans la roue aubes et on concentre ainsi le vent sur les aubes de la roue à aubes 1.
[0021] La figure 3 montre qu’il est avantageux d’assembler plusieurs éoliennes décrites ci-dessus sur un même arbre 7 afin de former un ensemble générateur électrique de deux, trois ou plus de
> BE2022/5102 roues à aubes 1 associées à une ou plusieurs machines génératrices électriques 11. A la figure 3, on a représenté une génératrice à chaque extrémité de l’arbre 7 et deux génératrices entre deux roues à aubes 1. Selon une forme d’exécution avantageuse, on peut prévoir une seule génératrice entre deux roues à aubes. Cet type d’agencement permet de construire un ensemble générateur électrique efficace.
[0022] Comme on peut encore le distinguer à la figure 3, ledit ensemble générateur électrique peut être agencé dans une structure de support 60 surmontée d’une toiture 61. Il est bien entendu que l’arbre et d’autres éléments de l’ensemble demandent à être sécurisés d’une manière ou d’une autre. Ladite toiture est avantageusement formée par des panneaux photovoltaïques. Cet ensemble générateur électrique permet de générer un courant électrique de manière particulièrement efficace puisqu'il transforme deux sources énergétiques renouvelables, le vent 50 et le soleil 9.

Claims (10)

Revendications
1. Éolienne comportant une roue à aubes (1) qui est montée sur un arbre de rotation (7) et qui est associée à un concentrateur de vent (20) au moins partiellement annulaire, éventuellement réglable en position, qui comporte des aubes (25) éventuellement réglables agencées autour de ladite roue à aubes (1), entre deux éléments annulaires opposés (31,33), essentiellement perpendiculairement à ceux-ci, deux éléments annulaires (31,33) dont l’un au moins présente une surface intérieure (35,37) s’écartant du plan de symétrie (41) de la roue à aubes (1) en s’éloignant de l’axe de symétrie (5) de l’élément annulaire.
2. Éolienne selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite surface intérieure (35,37) d’un élément annulaire (31,33) est essentiellement plane.
3. Éolienne selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite surface intérieure (35,37) d’un élément annulaire (31,33) est courbe, à la manière d’un pavillon de trompette.
4. Éolienne selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la roue à aubes (1) est associée à au moins une machine génératrice de courant électrique.
5. Éolienne selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite au moins une machine génératrice électrique (13) est montée sur l’arbre (7) de la roue à aubes (1).
6. Éolienne selon la revendication 4, caractérisée en ce qu’une machine génératrice électrique (13) est montée sur l’arbre de la roue à aubes (1) de chaque côté de celle-ci.
7. Éolienne selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la roue à aubes (1) est agencée horizontalement.
8. Éolienne selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la roue à aubes (1) est agencée verticalement.
9. Éolienne selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est associée à au moins une autre éolienne, de préférence montée sur le même axe de rotation (5).
10. Éolienne selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est surmontée de panneaux photovoltaïques (61).
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