FR2930301A1 - Eolienne a axe vertical dont les aubes se mettent "en drapeau" pendant la partie contre-productive de leur rotation. - Google Patents

Abstract

Eolienne simple et robuste, peu coûteuse à produire, à installer, à entretenir et à amortir, mais cependant très performante car supprimant la contre-productivité du retour des aubes, qui se mettent naturellement « en drapeau » dès qu'elles sont improductives. Déclinée en plusieurs versions, elle convient aux besoins individuels comme à ceux des collectivités ou de la production industrielle.Dans sa configuration la plus importante, elle est supportée par un portique éventuellement surmonté de capteurs photovoltaïques. Deux éoliennes de sens de rotation inverses jumelées sous ce portique auront un rendement encore accru.Elle résout le problème de productivité des éoliennes à axe vertical et échappe aux critiques opposées aux éoliennes à axe horizontal. Moins dévoreuse d'espace, moins coûteuse à produire, à implanter et à entretenir, d'une plus grande longévité, elle peut atteindire des rendements comparables. Le coût de l'énergie qu'elle produit est logiquement le plus bas.

Description

Le captage de l'énergie éolienne devient une nécessité de plus en plus impérieuse et un large choix de machines idoines est déjà sur le marché. Les éoliennes les plus puissantes sont actuellement des appareils à hélices, hauts mats et axes horizontaux, en dépit de critiques nombreuses et justifiées : nuisances sonores et visuelles, perturbation des signaux électromagnétiques, dangers pour l'aviation et les oiseaux, importantes turbulences contraignant à occuper de vastes espaces, fragilité en cas de tempête obligeant ;soit à les arrêter soit à les coucher au sol à grands frais lorsqu'elles pourraient produire le maximum. Les éoliennes à axe vertical sont, elles, limitées à de faibles puissances en raison notamment du problème posé par la contre-productivité de leurs aubes ou pales pendant la moitié de leur rotation. De nombreuses inventions proposent des solutions à ce handicap et présentent des machines extrêmement élaborées, certaines très ingénieuses, certaines efficaces, mais compliquées, donc onéreuses et fragiles, difficilement réalisables en grandes dimensions et omettant un critère essentiel : le coût de l'énergie captée. Or, ce coût dépend, la source étant gratuite et inépuisable, des coûts de fabrication, d'implantation, de maintenance et d'amortissement de l'éolienne, de l'occupation de l'espace et du sol ainsi que des nuisances, l'ensemble de ces coûts devant être rapporté au rendement des machines.

Partant de ce constat, la présente invention se veut peu coûteuse à produire comme à installer et entretenir car simple et robuste, et cependant très efficiente grâce à la mise en drapeau de ses aubes par le vent lui-même, sans mécanisme complexe, pendant la partie contre-productive de leur rotation, et à leur retour à la position radiale, encore du ;seul effet du vent, dès que cette orientation redevient productive. Le dispositif comprend, soit un axe central vertical rotatif(1) solidaire près de chacune de ses extrémités d'un plateau horizontal circulaire, polygonal ou étoilé(2), soit un mat fixe autour duquel tourne un tube solidaire de ces plateaux(4), plateaux qui peuvent présenter en périphérie au moins trois roulements ou paliers équidistants, chaque palier ou roulement du plateau bas se trouvant à l'aplomb d'un palier ou roulement du plateau haut(3). Entre chaque paire de paliers ou roulements haut et bas, une aube est solidaire d'un axe secondaire vertical pivotant dans les paliers ou roulements des plateaux(5). Les aubes peuvent également être solidaires de tubes tournant autour d'axes verticaux solidaires des plateaux haut et bas à leur périphérie, au nombre minimal de trois et équidistants(6;.

Ces axes secondaires, pleins ou tubulaires, divisent verticalement les aubes en deux parties inégales, la plus importante étant la plus proche de l'axe central. Chaque plateau comporte, sur chaque segment situé entre l'axe central et un des axes secondaires, devant l'aube en position radiale et selon le sens de rotation voulu, une butée qui permet le passage de la plus étroite partie de l'aube et interdit celui de la partie la plus large (7). Si l'on nomme diamètre du vent la ligne horizontale passant par le centre de l'axe central du dispositif, ligne que matérialiserait une girouette, la ou les aubes se trouvant à droite de ce diamètre pour une éolienne lévogyre, à gauche pour une machine dextrogyre, subissent du vent une pression plus importante sur leur partie la plus large, la plus proche de l'axe central, que sur leur partie extérieure plus étroite. Ces aubes sont de ce fait appliquées contre leurs butées, en position radiale, et entraînent la rotation de l'éolienne. Lorsque la rotation du dispositif amène une aube à dépasser le diamètre du vent , la pression de l'air s'exerce sur l'autre face de l'aube. Détachée de ses butées, l'aube effectue un demi-tour sur son axe secondaire et se positionne parallèlement au diamètre du vent, en drapeau . Au cours de la demi-rotation suivante du dispositif, pendant laquelle elle tourne contre le vent et est improductive, l'aube demeure dans cette orientation et n'offre donc qu'une résistance minimale au vent, tout en pivotant: vers sa position radiale, qu'elle atteint lorsqu'elle parvient à l'autre extrémité du diamètre du vent . La pression de l'air l'applique alors contre ses butées et elle redevient productive.

Pour éventuellement limiter la vitesse de rotation de l'éolienne, des masselottes peuvent être disposées aux bords verticaux des parties les plus larges des aubes. La force centrifuge, fonction de la vitesse de rotation, écarte les aubes du sens du vent pendant la partie improductive de leur révolution, d'autant plus et les rend donc d'autant plus freinantes que la vitesse est grande(8).

Le dispositif comportant un axe central rotatif plein et solidaire des plateaux supportant les aubes est destiné aux éoliennes de petites dimensions. Un axe vertical fixe et robuste autour duquel, par roulements ou paliers, tourne un tube solidaire des plateaux est indiqué pour la construction de machines plus importantes. Un portique à la base et au sommet duquel s'insèrent les extrémités de l'axe central, fixe ou 30 rotatif; permet de concevoir des éoliennes de très grandes dimensions et d'extrêmes puissances(9). Contrairement aux machines d'axe horizontal, les éoliennes ici décrites ne causent que de faibles turbulences, mais une déviation importante et relativement stable du courant d'air, vers la gauche pour les dextrogyres, vers la droite pour les lévogyres. Dans les régions qui bénéficient de vents d'une orientation largement dominante (cas général des sites propices à l'installation d'éoliennes), il sera intéressant de jumeler des machines de sens de rotation inverses et de créer ainsi entre elles une surpression qui augmentera sensiblement leur rendement.

Les figures illustrent un dispositif comportant le nombre minimal de trois aubes. Les figures 1 à 3 présentent, vue en plan, le plateau supérieur étant ôté, la position des aubes identifiées par les lettres ABC à trois instants de leur révolution ; la figure 1 pour un dispositif comportant un axe principal rotatif, la figure 2 pour une éolienne dont l'axe principal est tubulaire et tourne autour d'un mat fixe, la figure 3 pour un dispositif dont les axes secondaires sont tubulaires et les aubes munies de masselottes. La figure 4 est une vue perspective du dispositif muni d'un portique, au moment de la rotation représenté par la figure 3.

La rapide multiplication des éoliennes d'axe horizontal provoquera à brève échéance la raréfaction croissante des sites les plus favorables et contraindra à prendre en compte le rapport rendement/espace occupé , ratio très favorable aux éoliennes ici proposées. De tels dispositifs excluent en outre la plupart des griefs faits aux machines d'axe horizontal et permettent d'atteindre des rendements comparables à un coût très inférieur quelles que soient les puissances recherchées. Pour améliorer encore l'occupation de l'espace, des batteries d'éoliennes de ce type sont facilement surmontées de capteurs photovoltaïques. Le coût minimal de l'énergie captée amènera à les utiliser pour produire de l'hydrogène par électrolyse de l'eau dès que les moteurs à hydrogène seront généralisés, solution qui s'imposera inéluctablement face à l'alternative fallacieuse des bio-carburants pollueurs et affameurs.30

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1) Eolienne à axe vertical, caractérisée en ce qu'elle comporte deux plateaux horizontaux (2), circulaires, polygonaux ou étoilés, situés près des extrémités haute et basse dudit axe (1), et recevant chacun en périphérie une des extrémités d'au moins trois axes secondaires verticaux (3), équidistants de l'axe central et entre eux (3), supportant chacun une aube (5) pivotant autour dudit axe secondaire (3) pour adopter une position de mise en drapeau pendant la partie contre-productive de sa rotation.
2. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que son axe vertical (1) est rotatif et solidaire des deux plateaux (2).
3. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que son axe vertical est constitué d'un mat fixe autour duquel tourne un tube (4) solidaire desdits plateaux.(2).
4. 4) Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque axe secondaire est solidaire d'une aube (5), ses extrémités pivotant dans les plateaux haut et bas.
5. 5) Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des tubes (6) solidaires des aubes (5) tournent autour des axes secondaires solidaires des plateaux (2).
6. 6) Dispositif selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que chaque axe secondaire partage verticalement une aube en deux parties inégales, la partie la plus large se trouvant vers l'axe central lorsque l'aube est en position radiale.
7. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une butée (7) est située sur chaque plateau, sur chaque segment radial limité par l'axe central et chaque axe secondaire, devant chaque aube en position radiale dans le sens de rotation voulu, permettant le passage de la partie la plus étroite de l'aube et interdisant celui de la partie la plus large.
8. 8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que des masselottes (8) sont disposées le long des bords verticaux des parties les plus larges des aubes (5).
9. 9) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un portique (9) reçoit les extrémités haute et basse de l'axe central fixe ou rotatif.
10. 10) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux machines de sens de rotation opposés sont jumelées.