FR2926610A1 - Dispositif pour eolienne a axe vertical,optimisant la prise de vent et limitant la vitesse de rotation - Google Patents

Abstract

Dispositif pour augmenter le rendement des éoliennes à axe vertical et leur permettre d'atteindre des puissances élevées.Une paroi entoure une partie du volume engendré par la rotation des aubes. Orientée par le vent au moyen de volets articulés, elle abrite les aubes pendant la partie improductive de leur révolution, augmentant leur rendement.Jusqu'à une force déterminée du vent, ces volets sont maintenus par butées et ressorts l'un en position radiale, l'autre en position de déflecteur dirigeant sur les aubes un flux qui augmente encore leur rendement. Par tempête, les ressorts s'allongent, les volets se mettent « sous le vent », faisant pivoter la paroi qui réduit l'exposition des aubes et limite leur vitesse.L'invention s'applique aux éoliennes destinées aux particuliers, économiques, de rendement élevé, implantables presque partout. Comportant un portique, elle autorise de puissantes génératrices pour centrales de production d'électricité et navigation.

Description

La présente invention concerne un dispositif pour abriter du vent les aubes d'éoliennes à axe vertical pendant la partie improductive de leur rotation, pour les orienter naturellement au vent , pour leur permettre de produire au maximum de leur capacité sans risque d'emballement quelle que soit la force du vent et d'atteindre d'importantes puissances.

Les éoliennes à axe vertical, plus discrètes et moins onéreuses que leurs homologues à axe horizontal, ont en revanche un rendement inférieur. Plusieurs problèmes sont en effet posés par ces éoliennes : l'orientation permanente au vent des aubes actives, la neutralisation de la pression de l'air sur les aubes inactives, la réduction de l'action du vent proportionnellement à sa vitesse lorsque celle-ci devient excessive, le maintien d'un rendement optimal lors des plus fortes tempêtes sans risque de dépasser la vitesse maximale de sécurité, l'obtention de puissances élevées alors que l'axe, perpendiculaire à la pression du vent, subit des efforts difficiles à maîtriser. Le dispositif ici décrit résout ces difficultés, s'applique aux éoliennes lévogyres ou dextrogyres et épouse le volume engendré par la révolution des aubes. Le modèle présenté est destiné aux éoliennes lévogyres dont les aubes présentent, comme généralement, des arêtes verticales. Il est inversé, comme vu dans un miroir, pour les éoliennes dextrogyres. Le dispositif consiste principalement en une structure coaxiale à l'éolienne (1). Cette structure, faite soit de panneaux soit de tiges ou tubes rigides, radiaux, verticaux et circulaires supportant une paroi, soit d'un assemblage de tels éléments, s'inscrit dans un cylindre ou une partie de cylindre. La paroi verticale couvre au moins 1 /4 et 3/4 au plus de la périphérie du cylindre (2), à partir et à gauche d'un diamètre de référence quelconque (3) et tourne librement autour de l'axe de l'éolienne par deux roulements à billes ou à galets situés l'un au-dessus, l'autre sous les aubes (4 ). De chaque côté de l'autre extrémité du diamètre de référence se trouve un volet vertical articulé près de sa jonction avec la paroi. Le volet situé à droite (6) a une fonction de déflecteur et présente avec la tangente au cylindre de révolution l'angle optimum pour dévier vers les aubes un flux d'air qui augmente sensiblement le rendement de l'éolienne (fig.1 et 5). Il est maintenu en cette position par une ou des butées et un ou des ressorts ou par tous autres accessoires offrant les qualités requises. Un vent excessivement fort excède la résistance du ou des ressorts ; la position de ce volet devient radiale et il perd sa fonction de déflecteur. Le volet situé à gauche (5) a une fonction de dérive pour orienter le dispositif selon le vent. Il est maintenu en position radiale par une ou plusieurs butées (7) et un ou plusieurs ressorts (8) ou par tous autres accessoires offrant les qualités requises.

Le vent de force admissible, en exerçant une pression sensiblement égale d'une part sur ce volet-dérive 5 et la paroi, d'autre part sur le volet déflecteur 6, oriente le diamètre de référence dans le sens du courant d'air par effet girouette. Une partie de la paroi vient au vent et abrite la zone improductive de la révolution des aubes de toute action du vent.

Le rendement de l'éolienne en est encore largement augmenté. Par vent excessif (fig.2 et 6), sa pression sur chacun des volets excède la résistance des ressorts ; ceux-ci s'allongent et les deux volets s'inclinent proportionnellement à la force du vent, jusqu'à l'orientation radiale du volet déflecteur. L'effet girouette place ces volets sous le vent et fait pivoter le dispositif dans le sens de rotation des aubes ; la paroi 2 réduit leur exposition au vent en fonction de sa puissance et limite ainsi leur vitesse au régime maximal de sécurité. Lorsque le vent diminue sa pression sur les volets, les ressorts les rappellent à leurs positions initiales et le dispositif retrouve son orientation et ses fonctions habituelles. Afin d'éviter les battements répétés des volets contre les butées lors des vents instables et violents, chaque ressort est inclus dans un amortisseur constitué de deux cylindres coulissant l'un dans l'autre avec des joints d'étanchéité (8). Le ressort est fixé à l'intérieur de la base du cylindre externe et à l'extérieur de la base du cylindre interne. La base du cylindre externe se prolonge par une articulation (9) la reliant à la structure et à la paroi. Le sommet du cylindre interne est prolongé par une articulation le reliant au volet. La base et le sommet de ce cylindre sont percés d'orifices (10). L'allongement du ressort provoque dans le cylindre externe une dépression qui freine cet allongement, dépression comblée progressivement par l'air extérieur pénétrant par les orifices du cylindre interne. A l'inverse, la contraction du ressort provoque dans le cylindre externe une pression qui ralentit son action et s'évacue par les mêmes orifices. Les mouvements des volets sont ainsi amortis, réduits en fréquence et en brutalité sans baisse de la productivité de l'éolienne. Pour les éoliennes de grandes dimensions, le dispositif repose sur des roues, galets ou patins se déplaçant sur une dalle horizontale ou un rail circulaire. Son roulement supérieur et sa structure renvoient au sol la plus grande partie des efforts supportés par l'axe de l'éolienne. Les versions les plus importantes comportent un portique (fig. 7) avec, au centre de son sommet, un palier ou un roulement à billes ou à galets dans lequel tourne l'extrémité de l'axe commun à l'éolienne et au dispositif. Ce roulement conforte l'axe commun et lui évite de vibrer et de fléchir. Un toit, plat, conique ou pentu, abri contre la neige, peut surmonter le portique.

L'intérêt du dispositif réside dans l'important accroissement du rendement de l'éolienne, toujours orientée au mieux pour exploiter le vent, d'où qu'il vienne et quelle que soit sa force, dans le surcroît de flux apporté par le déflecteur, dans l'abaissement du seuil d'amorçage qui en résulte, dans la simplification du profil des aubes, moins fragiles et moins onéreuses, dans la sécurité qu'il apporte au fonctionnement de l'ensemble, tout emballement devenant impossible, ainsi que dans la possibilité d'atteindre des puissances élevées. Ce dispositif rend ainsi les éoliennes à axe vertical préférables aux appareils à axe horizontal dans la plupart des situations ; plus simples, plus faciles et plus économiques à construire, à installer, à entretenir, à intégrer dans un paysage. Elles ne nécessitent pas de hauts mâts, produisent avec des vents plus faibles, résistent aux tempêtes tout en fournissant leur production maximale et sont aptes à satisfaire aussi bien les besoins des particuliers que ceux d'industries ou de collectivités. Le dispositif rend en outre leur utilisation possible en des sites où le vent est fréquent et violent mais instable en force et/ou en orientation. Dans sa version comportant un portique, le dispositif permet aux éoliennes d'atteindre des dimensions et des puissances très importantes. Elles peuvent être implantées en maints lieux où l'érection de hauts mâts est difficile, onéreuse et préjudiciable, voire impossible, tels qu'aux abords des villes, des aéroports et aérodromes civils et militaires, dans les zones de passage d'oiseaux migrateurs. Le dispositif permet aussi la création de parcs d'éoliennes géantes dont les dimensions n'ont pas de limites, rentables pour des producteurs industriels d'électricité verte , au sol ou .en mer où elles peuvent être installées sur des plateformes fixes ou flottantes ou sur des lacs de barrages dont elles augmenteraient largement la capacité de stockage d'énergie. Elles seraient également très utiles aux navires, notamment à ceux qui disposent de vastes ponts, tels que pétroliers, méthaniers, minéraliers, céréaliers, dont elles assureraient une partie de la propulsion, gratuite, non polluante et épargnant les énergies non renouvelables. Les coques de ces navires connaîtraient en outre une seconde vie ; inaptes à naviguer avec de lourdes charges, elles assureraient encore, ancrées à poste fixe et n'ayant plus à supporter que le poids relativement faible d'éoliennes et de génératrices, financièrement déjà amorties, des décennies de production électrique à un coût très bas.

Les figures 1 et 2 montrent une vue plane du sommet du dispositif, par vent admissible et par vent excessif, les figures 3 et 4 des écorchés des ressorts amortis, les figures 5 et 6 présentent des vues perspectives du dispositif par vent admissible et par vent excessif, la figurez une vue perspective du dispositif comportant des roues et un portique tripode. .

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 ) Dispositif pour augmenter le rendement des éoliennes à axe vertical lévogyres dont les aubes présentent des arêtes verticales droites, en abritant ces aubes de la pression du vent pendant la partie improductive de leur rotation, caractérisé par une paroi, soutenue par une structure faite de panneaux ou de tiges ou tubes rigides(1), qui épouse avec un faible jeu le volume cylindrique généré par la rotation des aubes. La partie verticale de cette paroi (2) couvre, à partir et à gauche d'une des extrémités d'un diamètre de référence quelconque de ce cylindre de révolution (3), au moins un quart et trois quarts au plus de la périphérie de ce cylindre.

2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux roulements à billes ou à galets (4) traversés par l'axe de l'éolienne, situés l'un au-dessus, l'autre sous les aubes, et rendus solidaires du dispositif de la revendication 1 soit par des panneaux horizontaux, soit par des tiges ou tubes radiaux, soit par une combinaison de ces accessoires. Ces roulements permettent à l'ensemble du dispositif de tourner librement autour des aubes de l'éolienne.

3) Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux volets verticaux articulés près de leur jonction avec la paroi (5 et 6), situés de part et d'autre de l'extrémité du diamètre de référence opposée à celle visée dans la revendication 1. La pression du vent sur la paroi et sur ces volets oriente le dispositif selon la direction du courant d'air.

4) Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le volet (5) situé à gauche du diamètre de référence, normalement radial, peut basculer vers la droite jusqu'à une ou plusieurs butées qui le placent en position parallèle à la position radiale du volet de droite (6), ainsi qu'en une ou plusieurs butées (7) qui interdisent le basculement de ce volet dans le sens opposé, et un ou plusieurs ressorts (8), ou tous accessoires assurant la même fonction, qui le retiennent contre la ou les butées jusqu'à une pression déterminée du vent. Ce ressort permet l'effacement du volet quand cette pression est dépassée et le ramène contre la ou les butées lorsque le vent cesse d'être excessif. .(5) Dispositif selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le volet situé à droite du diamètre de référence (6) est maintenu par ressorts et butées à la position optimale lui assurant une fonction de déflecteur jusqu'à la pression de vent maximale admise. Ce déflecteur dirige sur les aubes un flux d'air supplémentaire. Lorsque la pressionadmise est dépassée, celle-ci applique le déflecteur contre une ou d'autres butées qui le maintiennent en position radiale. 6) Dispositif selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque ressort est inclus dans un amortisseur composé de deux cylindres, l'un coulissant dans l'autre, guidé par des joints étanches (8). Les extrémités du ressort sont fixées, l'une à l'intérieur de la base du cylindre externe, l'autre à l'extérieur de la base du cylindre interne. La base du cylindre externe se prolonge par une articulation qui la relie à la structure et à la paroi (9), le sommet du cylindre interne est prolongé par une articulation qui le relie au volet. La base et le sommet de ce cylindre interne sont perforés d'orifices (10) par lesquels l'air entre progressivement, comblant la dépression causée dans le cylindre externe par l'allongement du ressort, et s'échappe lorsque la contraction du ressort crée une surpression dans le cylindre externe. 7) Dispositif selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la paroi verticale affecte la forme quelconque du volume engendré par la révolution des aubes. 8) Dispositif selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, s'appliquant aux éoliennes dextrogyres, les sens des différents éléments sont inversés, comme vus dans un miroir. 9) Dispositif selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte à sa base des roues, galets ou patins circulant sur un rail ou une plateforme horizontaux (fig. 7). 10) Dispositif selon les revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un portique qui le surplombe et intègre en son centre un palier ou un roulement à billes ou à galets dans lequel tourne l'extrémité haute de l'axe commun de l'éolienne et du dispositif (fig7).