FR3018869A1 - Dispositif de production d'energie - Google Patents

Abstract

L'invention consiste en un système rotatif composé d'une ou plusieurs roues avec chacune un nombre de bras variable. Chaque bras est équipé d'un ou plusieurs augets ou palettes de forme géométrique adaptée pour offrir le maximum de résistance au vent relatif. L'ensemble est orienté selon les vents dominants afin de capter le maximum de l'énergie cinétique. L'ensemble est généralement encapsulé tel que les mécanismes en rotation soient intégrés dans un tunnel de service qui canalise les énergies cinétiques. Nous avons également en option un procédé dit tuyère ou canal d'entrée capable d'accroitre la vitesse des vents incidents ou selon le besoin exprimé par l'utilisateur de réduire cette vitesse. Une occlusion totale de l'entrée d'air est également possible. La manœuvre des composants de ce canal d'entrée est assurée par actuateurs ou moteurs. Le dispositif est particulièrement destiné à produire de l'énergie électrique en éludant les nuisances optiques pour l'environnement.

Description

La présente invention a pour objectif de définir et d'illustrer un procédé de conception de générateur d'énergie exploitant l'énergie des vents dominants et une approche d'amplification de l'énergie potentielle de ces vents moteurs. Pour invoquer simplement notre proposition nous indiquons que notre proposition 5 concerne des éoliennes mues non pas par un complexe à pales multiples mais par des augets multiples de préférence creux de surface adaptée aux besoins requis, lesquels sont alimentés par un procédé simple de tuyère(s) optionnel(s) permettant selon la demande d'accroitre ou de réduire la célérité du vent dominant et par voie de conséquence selon les équations d'aérodynamique des fluides compressibles qui 10 intègrent la célérité du vent moteur au second degré et permets donc d'obtenir une puissance sur arbre accrue ou décrue selon le besoin exprimé par l'utilisateur. Les éléments composant la ou les tuyères mobiles sont mus par des actuateurs, électriques, ou hydrauliques ou pneumatiques ou tout autre fournisseur de force motrice disponible. 15 L'état de la technique à notre connaissance s'articule pour les producteurs d'énergie non thermiques sur la production d'énergie par panneaux solaires non concernés par cette étude et les éoliennes multi pales exploitant la vélocité des vents dominants. Du fait de leur dimension les éoliennes multi pâles d'aujourd'hui ne peuvent être équipées de « tuyères » amplificatrices en amont. Pour ce qui concerne les tuyères 20 elles sont généralement implantées sur avions essentiellement militaires afin d'accroitre la vélocité des gaz brulés éjectés et par voie de conséquence la puissance. Ici la ressemblance est juste dans l'image car dans notre exploitation si l'objectif est d'intervenir sur la vitesse de sortie nous pouvons intervenir soit avec effet amplificateur dans le cas de vélocité faible, soit éventuellement avec effet réducteur 25 si la vélocité des vents dominants est estimée trop élevée pour la conception de la machine ou encore selon les besoins exprimés par l'exploitant. Pour ce qui concerne les roues à augets et/ou à palettes nous ne connaissons pour l'essentiel que les turbines hydrauliques invalides ici puisque nous travaillons avec l'air ambiant. Pour simplifier nous indiquons que les éoliennes classiques fonctionnent pour 30 l'essentiel en exploitant la portance des pales, Dans notre cas nous travaillons pour l'essentiel en tramée et dans les deux cas avec les coefficients correspondants. Nous nous proposons d'étudier successivement d'une part la roue à multi augets et/ou palettes périphériques et d'autre part le système de « tuyère(s) » sis en amont du système si nous prenons le vent relatif çomme référent. 35 L'estimation portera sur l'étude du coefficient de tramée des augets générateurs de puissance, lesquels pourront être profilés en aval, bien que ce choix ne nous parait pas optimal du fait que la dépression crée en aval de chaque auget est susceptible de générer un couple moteur.

Ici naturellement l'amont de l'ensemble sera constitué par l'arrivée du vent relatif, et l'aval par la sottie après augets ou palettes. La littérature scientifique dans ce cas d'exploitation apparaît modeste à notre connaissance car toutes les études portent à l'opposé sur la réduction de la tramée des corps et ce dans le but des choix essentiellement aéronautiques ou pour les véhicules terrestres. A l'inverse notre objectif est de maximiser l'effet de résistance apporté par l'air incident afin d'accroitre le couple moteur. Les augets auront par exemple un aspect voisin de demi sphère, que ce soit un corps de révolution ou en forme voisine sous forme de polyèdres. Ces augets dont la plus grande dimension sera de préférence au droit du vent relatif incident seront conçus de telle sorte que la cavité crée soit en amont et directement en regard des vents dominants. Nous pourrons avoir des éléments plans ou pseudo plans ou encore concaves ou à la rigueur convexe, les éléments peuvent être carrés ou rectangulaires ou encore 15 trapézoïdaux ou encore toute autre forme qui convient pour l'exploitant et capable d'être industrialisée. Sur un même axe nous pourrons ainsi constituer des roues à augets, ou à palettes, ceux-ci étant pour un ou plusieurs augets ou palettes simultanément et pour une même roue mus par le vent incident. Les ou la roue(s) seront de préférence 20 équilibrée(s) statiquement et dynamiquement. Les augets ou palettes sur une même roue seront de préférence de dimensions et de conception identiques à l'exception éventuelle toutefois si sur un même bras porteur, nous réalisons des éléments moteurs de dimension variée. Toutefois les éléments moteurs dont les axes seront sur un même cylindre de révolution et ce pour une même roue seront de préférence 25 de dimensionnement et de conception identiques. Pour généraliser nous commentons que chaque roue porteuse d'éléments moteurs pourra être équipée d'un nombre de ces éléments aussi nombreux éventuellement que nous voulons compte tenu du dimensionnement de l'ensemble et des contraintes géométriques et d'équilibrage statique et dynamique comme cité par exemple 30 précédemment. Nous indiquerons également que sur un même axe à un instant « t » du vent relatif nous pouvons avoir par exemple non pas des augets creux mais également des disques circulaires plans ou concaves ou tout élément capable d'offrir une résistance à l'avancement et donc capable de couple Moteur, les remarques précédentes 35 relatives à leur situation, dimensions et quantité numérique s'appliquent également dans ce cas.

Nous indiquerons que le nombre d'éléments moteurs plans ou non sur ce même axe peuvent être si la géométrie du système le permet au nombre de 1 ou 2 ou 3 ou éventuellement davantage, nous verrons ultérieurement que plus la distance entre chaque élément augmente, plus l'effet de tramée augmente, ce qui correspond à notre recherche de couple moteur instantané. En corolaire chaque tuyère amont d'apport d'énergie potentielle due par les vents dominants pourra alimenter un ou plusieurs augets d'une même roue et éventuellement si la géométrie l'autorise chaque tuyère pourra alimenter une ou plusieurs roues porteuse(s) d'éléments moteurs, le tout étant conçu pour obtenir une puissance maximale calculée et régulée selon les besoins exprimés. La description de la ou des tuyère(s) sera explicitée ultérieurement dans cette courte étude. La régulation grossière s'effectuera par exemple par orientation définie des composants mécaniques de tuyère(s), des actuateurs hydrauliques, ou pneumatiques ou électriques permettront la manoeuvre. La régulation finale se fera par exemple en réglant les inducteurs des génératrices ou alternateurs de sortie d'arbre(s) moteur(s). Nous nous proposons d'étudier maintenant ce que nous appelons couramment le coefficient de tramée des corps géométriques compatibles, désigné par le symbole courant Cx. Pour l'étude de tous fluides, rappelons l'équation de Bemouilli qui nous donne pour un point donné : V2/2 + P/p + g*z = Constante, avec V vitesse du fluide en un point donné en mètres/seconde (m/s), P pression du fluide en ce même point en Pascals (Pa), p masse volumique du fluide en kilogramme par mètre cube (kg/m3), et z l'altitude du pont considéré en mètres, g la pesanteur voisine ici de 9,81 rn/s2. Nous verrons ci après que l'étude des tuyères nous amène à étudier le comportement 25 des fluides dans un Venturi. Nous remarquerons que pour ce qui concerne l'air observé à des vitesses faibles, à par exemple un nombre de Mach inférieur à 0,3, le comportement physique est quasi analogue à un fluide incompressible soit environ 0-< V =< 100 mètres par seconde. Nous ajouterons qu'en régime subsonique bas, on a en tous points d'un Venturi 30 l'équation S1 * VI = S2 * V2 avec Sr, section locale et V' vitesse locale. L'équation de Bemouilli nous donne dans ces conditions l'égalité suivante valide en tous points dan ces conditions : P1 + * p * V12 = P2+ 1/2 * p * V22 avec : P1 pression locale au point 1, V1 vitesse locale au point 1, P2 pression locale au point 2, V2 vitesse locale au point 2, et p la masse spécifique du fluide, le tout en unités 35 internationales et cohérentes. Pour un aspect empirique nous pourrons citer les voiles marines dites libres dont les commentaires font état d'un effort disponible de l'ordre de 10 kilogrammes force par mètre carré de voile soit 98,1 Newtons à une vitesse de 20 noeuds nautiques soit 10,28 mètres/seconde, on en déduit un coefficient de tramée d'environ 1,54.

Ceci nous rapproche des valeurs indiquées selon « Ouziaux et Perrier » qui publie un tableau récapitulatif des coefficients de tramée pour des corps géométriquement simples. Nous lisons pour deux disques situés l'un derrière l'autre, espacé de 3 fois le diamètre commun Cx = 1,54, un disque simple situé dans une position normale au vent relatif à un Cx réduit à 1,12, une plaque carrée toujours normale à l'écoulement a un Cx de 1,16, si la plaque est rectangulaire avec une longueur égale à 20 fois sa largeur son coefficient de tramée Cx est indiqué à 1,5, un hémisphère creux avec la concavité en aval du vent relatif a un coefficient de tramée estimé à 1,33.

Ces valeurs sont valides pour un nombre de Reynolds supérieur à 10 3, rappelons que le nombre de Reynolds est défini par l'expression Re = V * L / v avec V vitesse caractéristique du fluide en mètres/seconde, L une dimension caractéristique en mètres, v la viscosité cinématique du fluide en mètres carrés par seconde, égale par ailleurs au quotient de la viscosité dynamique du fluide en poisefeuille et de la masse volumique du fluide en kilogramme par mètres cube. Dans les cas étudiés ici avec par exemple L = 5 mètres, V au maximum de l'ordre de 30 à 40 mètres/seconde et y admis à 15,6 * 10 "6 pour l'air à 25 °C on obtient Re de l'ordre de 10 7 pour une célérité locale voisine de 30 mètres par seconde. Pour ces valeurs indiquées il faut et il suffit que la vitesse incidente soit au moins 20 égale à 3*10 -3 mètre par seconde, soit 3 millimètres par seconde. En observant les polaires de profils aéronautiques, nous devons constater que les profils lisses ont rarement des coefficients de portance Cz supérieur à environ 1,4 avec une épaisseur relative (quotient de l'épaisseur maximale du profil sur longueur d'une corde caractéristique du même profil dans les mêmes unités), relativement 25 élevée. Les profils laminaires avec une épaisseur relative plus réduite ont un coefficient de portance souvent plus réduit. Seuls les profils à fente(s) simple ou multiples ou encore l'implantation de volets de bords d'attaque et ou de bords de fuite avec ou sans fentes autorisent des coefficients de portance beaucoup plus élevés mais avec un coefficient de tramée plus pénalisant pour l'aéronautique. 30 Ce commentaire pour indiquer qu'en règle générale il apparaît que dans le cas de conception originale et calculée nous sommes capables de réaliser des équipements à priori plus performants que les éoliennes à pales laminaires traditionnelles. De plus nous pouvons prévoir une sorte de Venturi à élément(s) mobile(s) assez semblable à une tuyère de réacteur avec par ailleurs le même objectif d'action sur la 35 vitesse de l'écoulement, sis en amont du vent relatif afin de réguler grossièrement le débit incident et de performer les basses célérités incidentes et de les amplifier en travaillant leurs sections finales ou au « col ».

Pour ce qui concerne les variations de pression entre entrée des vents incidents et pression au « col » nous savons que la conservation du débit autorise l'écriture du différentiel de pression amont moins pression aval, tel que : Pi - P2 = 1/2 p * v12 ((Al2 / A22) -1) avec pi et p2 les pressions amont et aval, p la masse spécifique du fluide considéré, v1 la vitesse amont, et Ai et A2 les aires respectives amont et aval de la dite tuyère. Par aire aval nous distinguons essentiellement le « col » du Venturi. Nous noterons également que notre système est également capable de minimiser la vitesse d'impact, il faut et il suffit que la section aval ait une aire plus élevée que l'aire du passage incident amont.

Ainsi pour l'aire aval A2 plus réduite que l'aire amont A1 le calcul de Ap est positif ce qui conduit à conclure que l'aire de section plus réduite crée une surpression, et réciproquement si l'aire aval est plus dimensionnée que l'aire amont pour les hautes célérités nous auront une dépression locale. Les calculs montrent que la valeur absolue de cette dépression ou de cette surpression est négligeable dans nos conditions de fonctionnement (quelques dizaines ou à maxima quelques centaines de Pascal), ainsi si l'aire aval est réduite de 50% en regard de l'aire amont la surpression au niveau du sol, à environ 20 oc est de l'ordre de 720 Pascals soit environ 0,72 % de la pression initiale et inversement si l'aire aval est deux fois plus dimensionnée que l'aire amont nous aurons une dépression de l'ordre de 180 Pascals ce qui correspond à environ 0,18%-de la pression initiale et ce pour une vitesse initiale de 20 mètres/seconde. Dans le cas d'une vitesse initiale augmentée les effets de pression (surpression et dépression) sont accrus mais restent négligeables dans nos conditions de fonctionnement et inversement si la vitesse initiale décroît ces mêmes effets sont réduits.

Pour conclure l'aire est admise négligeable en regard de la vitesse du fluide et surtout ici où le facteur vitesse incidente s'exprime au second degré pour évaluer les efforts sur notre machine et conséquemment la puissance disponible sur arbre. Nous nous proposons d'illustrer notre étude en présentant d'une part la ou les roues motrices puis la ou les tuyère(s) facultatives d'alimentation et enfin l'ensemble 30 optionnel. La Figure 1 montre l'exemple d'une roue motrice avec ce que nous appellerons des augets ou des palettes dont la forme sera aussi variée que nous voulons et le nombre par roue aussi variable que nous voulons, de plus par roue les augets ou palettes pourront être de taille variée les uns par rapport aux autres. 35 Avec le Repère 1 nous avons par exemple une roue à huit rayons principaux, nous pourrions comme dans toutes les autres figures désignant des roues avoir un nombre de rayons aussi varié que nous voulons de deux à minima à une douzaine ou davantage.

Le Repère 2 désigne un de ce que nous appelons des augets ou palettes mais qui peuvent avoir une forme quelconque quelle que soit leur géométrie sur les trois axes, l'essentiel étant que ces éléments moteurs génèrent un obstacle majeur pour le vent relatif et embrasse le maximum de ce vent incident. Une contrainte peut être, selon le 5 régime de rotation requis l'équilibrage statique et dynamique de l'ensemble roues plus palettes est recommandé. Nous voyons schématisé l'axe de l'ensemble avec le Repère 3 qui porte par exemple à une extrémité la ou les boite(s) de transfert et dans le cas le plus fréquent un ou plusieurs alternateurs de puissance calculée équivalente au maxima par exemple de ce que peut délivrer notre système Repère 4. Le Repère 5 10 montre par exemple un paravent conséquent qui bloque sur ce secteur le vent relatif défavorable Repère 6 sur la partie de notre système qui risque de créer un couple antagoniste. Le Repère 7 synthétise la tuyère optionnelle d'entrée et de réglage du vent relatif et le toit du tunnel qui canalise le vent relatif pour une efficience maximale. 15 La Figure 2 montre un exemple de plusieurs roues montées ici sur un même axe afin de générer davantage de puissance disponible. Les mêmes recommandations que citées précédemment sont valides avec ici un exemple à 3 roues Repère 1, montées par exemple sur un même arbre de puissance Repère 3, avec les éléments générateurs de force motrice Repère 2. Le Repère 7 symbolise la gaine d'entrée et le toit du canal 20 du vent moteur Repère 6. Le' Repère 5 montre un paravent bloquant le vent qui pourrait générer ici un couple antagoniste. Le Repère 4 désigne la destination de l'énergie produite sur par exemple alternateur(s) ou autre(s) équipement(s). La Figure 3 image une possibilité de roue Repère 1 par exemple ici à 6 rayons principaux porteuse d'augets ou palettes Repère 2 qui peuvent être par bras aussi 25 nombreux que nous voulons avec naturellement un minimum d'une unité, le Repère 3 est le bras moteur principal entrainant les équipements de puissance non représentés ici. Les augets ou palettes sont mus par le vent relatif Repère 6, après passage dans le tunnel de guidage Repère 7 et limiteur de couple antagoniste le paravent Repère 5. L'utilisation est symbolisée par le Repère 4. 30 Dans cet exemple de Figure 3 nous remarquons la possibilité de réduire l'aire d'entrée sur notre machine en rehaussant le paravent Repère 5, car le couple généré près de l'axe de l'ensemble est à priori relativement réduit, et nous pouvons si cela nous convient de prévoir ce concept utile. La Figure 4 image quelques formes courantes d'augets ou de palettes capables de 35 générer un couple moteur maximal de préférence. Les images Repères 1, 2, 3 et 4 donnent des images simples dont nous connaissons les capacités de résistance à l'avancement, plus couramment appelé coefficient de tramée et symbolisé par le sigle Cx.

Ce sont des surfaces souvent planes ou hémisphériques de géométrie extérieure circulaire, ovalisée, carrée ou rectangulaire ou toute autre forme géométriques simple à réaliser. Les Repères 5, 6 et 7 donnent des images simples capables de performances élevées et industriellement réalisables. Naturellement nous revendiquons toutes les formes possibles simples ou complexes capables d'avoir un Cx qui convient et à priori donc le plus élevé possible dans le cas général. Nous remarquerons qu'à l'opposé des besoins en aéronautique pour laquelle il est demandé d'avoir la finesse maximale, c'est-à-dire le coefficient de portance maximal pour une tramée minimale, ici la portance est voisine de zéro et ne présente pas d'importance essentielle. Les Repères 8, 9 et 10 désignent des « casquettes » sur nos profils susceptibles de générer davantage de tramée lors de la rotation du système. Tous ces augets ou palettes peuvent être équipés pour la partie aval du produit d'un profilage qui à priori n'est pas intéressant pour notre objectif, mais éventuellement peut dans certaines configurations présenter un intérêt lors de la rotation de la machine. Nous avons par exemple le Repère 11 qui symbolise un de nos éléments auget ou palette vu de profil, nous avons avec le Repère 12 le profilage tridimensionnel représenté ici en deux dimensions, le Repère 13 désigne pour mémoire le sens de rotation de la machine. La Figure 5 montre deux exemples de « tuyères » exploitables pour animer notre élément de production de force motrice situées de préférence en amont des roues à augets et/ou palettes motrices afin d'accroitre à priori l'effort exercé sur les augets et palettes et surtout d'être capable de modifier à notre bénéfice la vitesse des vents incidents du fait que pour des vitesses inférieures à 100 mètres par seconde nous pouvons considérer un comportement analogue à des fluides quasi incompressibles et la variable vitesse est inversement proportionnelle à la section de sortie de la « tuyère » ou du canal d'entrée. Nous avons par exemple avec le Repère 1 un élément de tuyère qualifié ici de type « femelle » et le Repère 2 montre l'élément correspondant dit « male », le Repère 3 montre un des vérins de commande optionnels par exemple qui peuvent être électriques, pneumatiques, voire hydrauliques, le Repère 4 désigne un point référent autorisant le pivotement. Le Repère 5 montre pour un autre exemple avec un ou plusieurs panneaux pivotants représentés ici plans pour des facilités de représentation mais qui seront avantageusement par exemple galbées pour accroitre leur tenue mécanique, et par exemple des flasques latérales limitant les fuites Repère 6, ces flasques latérales ne sont pas automatiquement planes mais peuvent être galbées pour la tenue mécanique et également pour intervenir sur les vitesses des vents relatifs, le Repère 7 montre les actuateurs optionnels quel que soit leurs moyens d'alimentation en énergie et le Repère 8 les points référents montrés en exemple.

Les actuateurs optionnels comme les vérins désignés ci avant peuvent être également des moteurs par exemple à vis quel que leur mode alimentaire. Le Repère 9 désigne la direction principale du vent relatif. La Figure 6 désigne un ensemble complet avec un axe principal Repère 3 et deux roues solidaires Repère L Les palettes Repère 2 sont naturellement fixées sur les roues ici représentées dans cet exemple avec 8 bras, nous rappelons que nous pouvons avoir le nombre de bras que nous voulons. Le Repère 4 désigne toujours les capacités d'exploitation de la puissance disponible avec l'électronique de régulation intégrée. Le Repère 5 montre ici le déflecteur pour éluder le couple antagoniste. Le Repère 6 désigne le vent relatif dominant. Le Repère 7 montre le canal d'entrée intitulé également « tuyère » en position ouverte c'est-à-dire en situation d'amplification de vitesse du vent dominant admis. Des actuateurs non représentés ici permettent la mobilité de ces panneaux. Nous noterons que ces panneaux mobiles peuvent être également latéraux avec des flasques fixes par exemple en situation inférieure et supérieure, il en de même pour toutes les autres Figures. A noter également que pour ces panneaux Repère 7, un seul peut être mobile, par exemple le panneau inférieur, dans ce cas le panneau supérieur reste fixe. Le Repère 8 montre une capacité de ces panneaux à être en position totalement fermée afin par exemple de procéder à des entretiens et/ou des réparations du système sans avoir une gène majeure des roues en rotation' et ce pour éluder tout danger. Ce commentaire est naturellement valide avec des panneaux mobiles latéraux et avec un seul panneau mobile. A contrario nous pouvons avoir éventuellement les panneaux Repères 7 et 9 mobiles afin d'intervenir au mieux sur la vitesse et la direction du vent relatif. Ici le canal d'entrée est désigné avec quatre panneaux, naturellement nous pouvons avoir un plus grand nombre de panneaux fixes et/ou mobiles dans la mesure où nous conservons les facilités d'intervention sur la vitesse éventuellement. Cette facilité est valide également pour tous les autres exemples figurant dans les autres Figures. Le Repère 9 désigne également les flasques latérales de l'ensemble qui sont solidaires ou non d'un toit, le tout constituant le tunnel de fonction pour obtenir un meilleur rendement de la machine, et assurer la protection des intervenants. Ce canal de fonction est applicable également à tous les autres exemples présentés dans les Figures. Les flasques latérales peuvent être également mobiles au lieu et place des panneaux Repère 7 indiqués précédemment, ou encore nous pouvons avoir l'ensemble des composants du tunnel d'entrée mobiles pour intervenir sur la vitesse et la direction des vents dominants. Le Repère 10 désigne ici un gouvernail optionnel. Nous pouvons avoir de préférence comme pour toutes les autres Figures un système simple avec par exemple girouette amortie et servomoteur de position et ce afin d'aligner la machine selon le vent dominant du moment.

Le Repère 11 désigne ici un système de pivot optionnel qui supporte l'ensemble de la plateforme, le désaxage introduit ici permet l'auto alignement de la machine sur le vent relatif du moment. Le pivot remplace éventuellement le système rails et roues par exemple donné en exemple précédemment. Nous pouvons avoir également un système monté sur pneumatiques. Ces commentaires relatifs à l'auto alignement de la machine sur le vent relatif sont naturellement valides pour tous les exemples cités dans cette étude. La Figure 7 montre une machine complexe destinée à produire une puissance élevée. Dans cet exemple complexe nous avons par exemple 3 axes principaux successifs. 10 Chaque axe ici est porteur de 3 roues porteuses de palettes. Nous pourrions avoir par exemple 1 ou 2 axes porteurs de 1 ou 2 roues garnies d'augets et/ou de palettes motrices. Les Repères 1, 2 et 3 désignent ces 3 axes porteurs de roues ici à 4 bras par exemple ces roues sont porteuses naturellement de palettes motrices. Le Repère 4 montre la direction du vent relatif. Le Repère 5 montre le canal de fonction 15 enveloppant toute notre machine. Le Repère 6 désigne le canal d'entrée capable dans cet exemple d'amplification ou de réduction de vitesse selon la position et selon la théorie des quantités de mouvement. Le Repère 7 désigne un exemple de gouvernail facilitant l'auto alignement de toute la machine avec par exemple une assistance avec servomoteur de position. Les Repères 8 désignent des palettes par exemple des 3 20 roues de l'axe Repère 1, l'axe Repère 1 étant situé ici en amont du canal. Les Repères 9 montrent les palettes par exemple des 2 roues de l'axe Repère 2. Les palettes des 3 roues par exemple de l'axe Repère 3 ne sont pas indiquées ici du fait de la complexité du croquis. Les palettes seront implantées de telle façon que le maximum de flux soit embrassé dans le but naturellement d'un rendement maximal. 25 Le Repère 10 montre des exemples d'implantation et d'exploitation de la puissance développée. Nous avons une possibilité d'avoir par exemple 3 ou 6 générateurs indépendants avec une électronique associée pour aligner fréquence et tension ou préférentiellement d'avoir un lien électronique ou mécanique entre les 3 axes principaux afin de réguler leur vitesse de rotation et donc par exemple une fréquence 30 de sortie exploitable. Notre objectif dans cet exemple et d'exploiter le maximum d'énergie potentielle de la veine d'air engendrée par le dispositif du canal d'entrée qui présente encore plus d'intérêt si nous sommes capable d'amplifier la vitesse utile du vent relatif. Nous pouvons écrire que la force totale exercée sur les roues est le produit du débit 35 massique en kilogramme masse par seconde par le différentiel de vitesse entre l'amont après éventuelle amplification et aval en sortie de machine soit par voie de conséquence l'expression F = M * (V am. - V av.) .

Les variables sont F en Newtons, M débit massique traversant en totalité notre machine par exemple par unité de temps en kilogramme masse par seconde, V am. vitesse amont de la veine concernée en entrée de machine, V av vitesse aval en sortie de machine, ces vitesses étant exprimées en mètres par seconde.

Cette Figure généralise les possibilités de cette proposition qui autorise un nombre d'axes moteurs variant de 1 , ou 2 ,ou 3 ou davantage d'axes moteur, chaque axe étant porteur de 1 ou 2 ou 3 ou davantage de roues ayant chacune par exemple de 4 à 8 bras porteurs d'augets ou de palettes motrices, chaque bras ayant le nombre d'augets ou de palettes qui convient par exemple pour obtenir le rendement maximal ou souhaité. La Figure 8 montre un exemple de machine apportant d'autres éléments que nous supposons valides. Ce modèle est envisageable exclusivement dans des secteurs géographiques où un vent relatif dominant est retenu ce qui évite le système à pivot ou à rails circulaires de mouvement. Dans la mesure où ce vent relatif a un azimut très largement dominant nous pouvons développer ce modèle, où nous avons par exemple Repère 1 l'équipement complet de production d'énergie avec ici le tunnel de contention abritant deux axes principaux portant chacun deux roues, les deux axes sont montés en cascade afin de bénéficier du maximum d'énergie venteuse selon les positions relatives. Il peut être souhaitable que les deux axes aient un lien mécanique ou électrique afin que leur différentiel angulaire tel que indiqué ici par exemple soit conservé lors de la rotation. Dans cet exemple simple il est montré deux arbres avec chacun quatre bras, les bras sont donc décalés ici de 45 degrés d'angle. Cet ensemble Repère 1 est ici semi enterré selon le Repère 2 dans une zone venteuse, par exemple au sommet d'une colline ou d'un monticule aisément accessible pour le matériel roulant nécessaire au montage puis à l'entretien. Le Repère 3 désigne deux flasques latérales pour canaliser le vent relatif. Le Repère 4 montre par exemple un élément mobile du canal d'entrée mus avec les actuateurs de notre choix. Le Repère 5 désigne la direction du vent relatif très dominant. Le Repère 6 montre par exemple un élément mobile en position réduite afin de minorer le débit massique d'entrée. Le Repère 7 montre la position de cet élément mobile en position fermée pour des motifs qui nous conviennent par exemple : entretien du système, réparation ou absence de besoin d'énergie. Avec les mêmes possibilités nous pouvons avoir comme présentés précédemment des canaux d'entrée à par exemple deux volets symétriques ou non capables naturellement des mêmes fonctions. Le Repère 8 désigne les sorties possibles d'exploitation de l'énergie produite. Nous noterons que tous les éléments désignés ici ne sont que des exemples, ils applicables à toutes les autres Figures et réciproquement les composants présentés dans les autres Figures sont applicables ici. 301886g 11 La Figure 9 image simplement notre machine perchée au sommet d'un mat afin de bénéficier des vitesses du vent relatif habituellement plus favorables à des altitudes élevées. Ce mat est équipé naturellement d'un pivot désaxé tel que la machine s'oriente automatiquement ou avec un dispositif avec recherche du vent dominant et 5 servomoteur de position afin de générer le maximum de puissance. Nous avons Repère 1 notre machine générant de l'énergie telle que définie précédemment dans les autres Figures, le Repère 2 figure le mat porteur de l'ensemble, le Repère 3 montre le pivot montrant la possibilité de notre machine de pivoter, le Repère 4 désigne le système optionnel d'amplification ou réduction de vitesse des vents 10 incidents, et le Repère 5 désigne le sens du vent dominant. Nous complémenterons en précisant que les éléments présentés dans les Figures 1 à 9 ne sont que des exemples, et naturellement tous les éléments et composants désignés sur une quelconque Figure de 1 à 9 sont valides et applicables si possible sur les exemples montrés sur toutes les autres Figures montrées ici à titre d'exemple afin 15 d'imager notre proposition. Nous précisons que toutes les Figures n'ont pu être totalement représentées selon les règles du dessin technique, du fait de la complexité parfois des ensembles désignés, toutefois dans la mesure des possibilités facilitant la compréhension du descriptif, ces règles ont été respectées. 20 Nous nous proposons de chiffrer notre proposition avec quelques exemples simples. Pour cette courte étude et dans une première évaluation nous nous en tiendrons à la tramée de forme et pouvons éluder à priori pour les faibles célérités la tramée induite et éventuellement la tramée de frottement. Nous faisons remarquer que dans notre exploitation ces deux dernières tramées sont favorables et participent à un degré 25 moindre à l'efficacité de notre proposition. Rappelons que nous résumer toutes les équations entre les coefficients de tramée par la relation : Cxt = Cx + + Cxf + Cxi avec Cxt coefficient de tramée totale, Cx coefficient de tramée de forme, Cxf coefficient de tramée de frottement sur les parois du profil, Cxi coefficient de tramée induite. 30 Nous pouvons ajouter ici également la tramée de sillage qui correspond à la dépression à l'arrière des augets ou palettes. Une précision, nous exploiterons pour cette approche des résultats empiriques de laboratoire, ce qui élude toutes évaluations fragmentaires des composantes de la tramée globale. 35 Certains manuels généralement scolaires expriment le coefficient de tramée par un coefficient, par exemple « K» qui est interprétable par le produit Cx * 0,5. Le coefficient 0,5 est issu de la composante de la masse spécifique de l'air qui s'exprime généralement par l'expression « 0,5* p » résultat d'une intégration des équations fondamentales. 3 0 1 8 86 9 12 Nous exploiterons la formule de base qui s'exprime sous la forme F= Cx*p/2*S*V2 où F est la résistance totale à l'avancement, Cx le coefficient de forme comme indiqué précédemment, S le maitre couple du profil considéré, V la vitesse dudit profil dans la veine d'écoulement des vents dominants, p la masse volumique du 5 fluide compte tenu de la température et de l'altitude. Pour un bon rendement nous avons plusieurs contraintes. La première et la plus aisée à solder est le nombre de Reynold que nous choisissons nettement supérieur à 300. En effet le facteur de la viscosité cinématique de l'air à l'ambiant et à basse altitude avec 15,6* 10 -6 nous facilite l'approche. 10 Plus complexe est la vitesse périphérique de notre système qui d'une part doit être nettement inférieure aux vitesses du haut subsonique et d'autre part il convient de considérer la vitesse utile comme le différentiel en faisant simple entre la célérité des vents dominants et la vitesse moyenne après intégration, pondérée, de notre roue motrice. Par voie de conséquence pour des roues de diamètre relativement élevé, la 15 vitesse de rotation sera fréquemment inférieure à 1 tour par seconde, ce qui est pénalisant en termes de puissance maximale pour une célérité des vents donnée. Nous retrouvons un léger avantage pour les vents à faible ou très faible célérité en exploitant une ou plusieurs tuyères dite comme précédemment avec facteur d'amplification favorable. 20 Nous avons une pénalité car poùr éviter un couple antagoniste nous sommes amenés à ériger un « paravent » sur environ la moitié à minima de notre roue motrice, par contre celui-ci peut être conçu tel que, il a pour les faibles vitesses des vents dominants un effet d'amplification de la vitesse observée au niveau des augets ou palettes moteurs ce qui élude son aspect négatif à priori. 25 Nous nous bornerons à faire l'étude d'un seul élément -auget ou palette- situé approximativement au droit de la veine, nous remarquerons simplement que les autres éléments situés en amont ou en aval participeront à accroitre l'effet résistif donc la puissance de notre équipement. Supposons un auget ou une palette largement dimensionnée de surface de l'ordre de 30 30 mètres carrés pour un rayon n'excédant pas environ 5 mètres. Si nous optons pour un régime de rotation de l'ordre de 0,3 tour par seconde afin d'escompter sur une puissance sur arbre conséquente, nous avons une vitesse périphérique en bout de palette de l'ordre de 9,42 mètres par seconde. Cette vitesse périphérique est à déduire de la vitesse des vents dominants. Avec une vitesse du vent relatif de l'ordre de 20 35 mètres/seconde, nous avons une vitesse nette utile de 10,58 mètres/seconde en extrémité de palette et naturellement de 20 mètres/seconde au voisinage de l'axe et d'environ 18 mètres/seconde à environ 1 mètre de l'axe. 3 0 1 8 86 9 13 Nous voyons tout l'intérêt de l'amplificateur de vitesse amont avec une tuyère adaptée qui dans le cas d'un coefficient d'amplification de 2 autorise respectivement une vitesse nette théorique de 30,58 mètres/seconde en bout de palette et d'environ 38 mètres/seconde à un mètre de l'axe. Ces vitesses sont capables de générer des 5 couples importants et donc une puissance qui nous convient. Roue bloquée l'effort s'exerçant sur les palettes d'une roue en conservant les mêmes conditions est de l'ordre de 43200 Newtons et le couple dans ces conditions s'établit à environ 129600 mètre *Newtons. La force s'exerçant sur la palette en rotation peut être donc estimée à plus de 30000 Newton, et le couple utile supérieur à 90000 mètres*Nevvton. La 10 puissance moyenne obtenue dans ces conditions est de l'ordre de 170 kilowatts dans cette approche simplifiée et ce par palette utile dans ces conditions. Une autre approche avec des palettes de 50 mètres carrés, une vitesse du vent relatif de l'ordre de 30 mètres/seconde, une vitesse de rotation à 0,3 tours/seconde, et des rayons de roue de l'ordre de 5 mètres, en conservant le coefficient d'amplification de 15 2, et en admettant un coefficient de tramée de l'ordre de 1,5 nous obtenons une puissance maximale calculée avec le mode simplifié supérieur à 700 kilowatts et ce par palette utile. En un point donné du rayon R pris comme variable nous avons un couple moteur de la forme : CR = CX * p/2 * S * VR2 * R avec VR = V1 - (2 * * n *R), avec Cx le 20 coefficient de tramée du profil Considéré, p la masse spécifique locale du fluide, S la surface du profil par unité de longueur, VR la vitesse locale du fluide, V1 la vitesse initiale du fluide en amont de l'équipement, n le régime de rotation de la machine en tours/seconde. Ceci nous amène à l'expression de la puissance locale PR: PR = * * CX * p S * ((V? * R) - (4 * a2 * n2 * R3)) sous sa forme développée. 25 Nous ne prétendrons pas aujourd'hui d'autres valeurs car dans ces situations l'expérimentation par maquette ou grandeur nature s'impose. Les éléments présentés s'articule autour des 9 Figures présentées précédemment. Nous ajouterons pour l'explicatif que le paravent qmsi obligatoire pour éluder les couples antagonistes peut être constitué par la partie inférieure de la tuyère d'entrée 30 du vent relatif. De plus la partie inférieure de notre système peut être en totalité ou partiellement enterrée pour faciliter l'intégration dans le paysage. L'occlusion exercée sera variable mais généralement de l'ordre d'environ la moitié inférieure du maitre couple de la machine. Nous rappelons que les bras ou rayons porteurs d'augets ou de palettes seront par 35 exemple répartis le long de l'axe et leur distribution sera de préférence équidistante angulairement. La distribution de ces bras et les augets ou palettes solidaires sera conçue telle que le maximum d'énergie cinétique générée par les vents dominants est contenu.

Les bras d'une même roue seront équipés de préférence par une ou par un jeu de palettes ou d'auget(s) de préférence identiques pour l'équilibre statique et dynamique du système. Le tunnel qui encapsule l'ensemble est optionnel. S'il est introduit il sera conçu tel 5 qu'il participe pour contenir le maximum d'énergie. La ou les boites de transfert qui lie notre générateur de puissance éolien et par exemple les alternateurs aura par exemple une conception mécanique et électronique voisine du système qui fait lien entre les hélices des éoliennes traditionnelles et leur groupe générateur.

10 Les applications pour ce produit pourront être à priori les productions écologiques d'énergie, et en particulier électriques. Ces machines présentent l'avantage dans cette configuration proposée d'être moins agressive à la. vue que les éoliennes traditionnelles car la machine peut en outre être semi enterrée.

15 Nous avons la pénalité d'avoir environ qu'une moitié de la machine tournante exposée aux vents dominants, mais l'avantage d'avoir deux ou trois bras par exemple équipés de palettes ou d'augets exposés au vent relatif ce qui accroit d'autant la puissance utile, réduction faite de l'angle d'attaque du vent relatif. L'avantage essentiel est la capacité d'introduire un canal d'entrée appelé aussi 20 « tuyère » ici capable si nous» le désirons avec les équipements de contrôle de positions, d'actionneurs de puissance et susceptible au fmal d'amplifier les vents incidents et ainsi de magnifier la puissance disponible fonction de cette vitesse incidente au second degré. A contrario nous pouvons également être réducteurs du vent relatif dans les cas de violences excessives.

25 Au global la présente étude permet éventuellement d'éluder l'opposition rencontrée pour les éoliennes traditionnelles à pales qui il est vrai semble parasitaire dans un paysage bucolique.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1) Dispositif destiné à produire une énergie constitué par une ou plusieurs roues mues par les vents dominants
2. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé tel que chaque roue est équipée de plusieurs bras ou rayons
3. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé tel que chaque bras ou rayon est porteur d'augets ou palettes de forme géométrique adaptée pour contenir le maximum d'énergie cinétique des vents dominants
4. 4) Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé par le fait que l'ensemble peut être encapsulé par un tunnel de service canalisant le maximum d'énergie
5. 5) Dispositif selon revendications 1, 2 et 3 caractérisé par le fait qu'une partie du maitre couple de l'ensemble est occlusif afin de réduire le couple antagoniste
6. 6) Dispositif selon les revendications 1,2 et 3 caractérisé tel que les vents dominants peuvent être amené par un équipement de contention appelé tuyère ou canal d'entrée
7. 7) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé tel que la section d'entrée du vent relatif est variable
8. 8) Dispositif selon les revendications 6 et 7 caractérisé par une augmentation de la vitesse d'entrée des vents dominants par ouverture pilotée du canal d'entrée
9. 9) Dispositif selon les revendications 6 et 7 caractérisé par une réduction de la vitesse d'entrée des vents dominants par fermeture partielle pilotée du canal d'entrée
10. 10) Dispositif selon les revendications 6 et 7 caractérisé par la capacité d'autoriser l'occlusion totale du canal d'entrée.