FR3030642A1 - Turbine a vent et gaz comprime - Google Patents

Abstract

L'invention, objet de ce brevet, consiste en un carénage (1,2 et 3) destiné à optimiser l'utilisation de l'effet Venturi pour l'alimentation en air accéléré d'une turbine éolienne (17 et 32). Une source secondaire d'énergie est utilisée pour produire un gaz comprimé qui est injecté par des buses (143, 217 et 316) le long des parois d'un Venturi mono ou multi flux. Les veines de gaz comprimé à haute vitesse orientent favorablement l'air incident en réduisant la surpression d'entrée du convergent ; l'ensemble buses parois du convergent fonctionne comme un éjecteur qui aspire le vent extérieur et le guide vers le col de Venturi (54) en augmentant fortement son rendement réel pour une installation à l'air libre. Un éjecteur à gaz comprimé (318) est aussi utilisé autour du divergent pour aspirer et guider le flux sortant. Le gaz, GPL ou air comprimé peut être stocké partiellement dans le carénage ou fabriqué à partir d'énergie fossile, électrique, photovoltaïque ou encore par un compresseur (15) entraîné par l'éolienne.

Description

Domaine technique : L'invention objet du brevet concerne l'énergie éolienne en général et les turbines éoliennes en particulier. Le dispositif proposé de type CWAT (Compact Wind Acceleration Turbine) concerne une éolienne hybride associant l'énergie du vent et celle de Fair comprimé, ou de tout autre medium gazeux ou hydraulique, avec un carénage en forme de Venturi ; il reprend, améliore et complète les techniques développées dans les brevets FR2976980(A1) et FR3003311(A1). Etat de la technique antérieure : Les éoliennes à axe horizontal (HAWT ou Horizontal Axis Wind Turbine) qui dominent le marché tout comme les éoliennes à axe vertical sont limitées dans leur performances par la variabilité du vent qui limite leur production réelle à 20% du temps, par la faiblesse moyenne du vent dans les régions peuplées et par la loi de Betz qui limite leur rendement à 59%. Les tentatives d'utiliser un Venturi pour augmenter la puissance des éoliennes remontent au début XXème siècle. De très nombreuses variantes ont été proposées. Depuis 1970 des recherches intensives on été menées sur les DAWT (Diffuser Augmented Wind Turbine ou Eolienne à vent accéléré par diffuseur,) conçus pour aspirer le vent sortant du rotor. L'augmentation de puissance par rapport à celle des HAWT de même diamètre étant trop limitée pour compenser les coûts de la superstructure, le succès n'a pas été au rendez vous. Deux projets retiennent l'attention parmi les développements récents les plus avancés de DAWT. Le Windlens de l'Université japonaise de KYUSHU qui a construit en 2012 à Fukuoka Bay un prototype utilisant les turbulences créées par un disque annulaire perpendiculaire au vent et la dépression correspondante, espérant doubler la puissance extraite au prix d'une forte augmentation de diamètre. La technologie développée par Ogin, anciennement Flodesign, aux Etats unis et la majorité des brevets obtenus par Walter M. Presz est basée sur l'utilisation de l'effet Vortex en sortie d'une éolienne carénée. En fait l'air contournant l'anneau extérieur de l'éolienne est légèrement plus rapide que le vent, son passage dans le Venturi extérieur de faible contraction l'accélère et favorise donc le Vortex entraînant l'air sorti de la turbine. Le dispositif dépasserait la limite de Betz; cependant, par rapport à une HAWT, l'augmentation de 50% du diamètre et la multiplication par 5 de la longueur suggérées par la documentation semblent rédhibitoires.

Partant du constat que la moitié ou environ du vent est détourné de la turbine, il est étonnant que l'attention ne se soit pas portée sur la partie convergente dont les rapports de contraction 1/0 sont restés faibles tout comme l'augmentation de vitesse. La raison principale de l'échec relatif des éoliennes carénée provient du fait que le vent ne veut pas rentrer dans la conduite convergente d'autant plus qu'elle est partiellement bouchée par les pales d'une turbine en rotation ou non. La surpression qui s'installe à l'entrée du convergent repousse partiellement les filets d'air autour du carénage et ralentit en fait de 30 à 50% la vitesse du vent entrant effectivement dans le carénage. La dépression qui s'installe à la sortie du rotor attire au contraire les filets d'air ayant contourné l'obstacle ce qui réduit encore le débit sortant et donc la puissance mécanique extraite. C'est à ce dernier problème que se sont attaqués avec peu de succès jusqu'à présent, les promoteurs de DAWT. L'étude de Maximilian Ludwig GAN1S de l'Université d'Udine intitulée CFD Analysis of the Characteristics of a Shrouded Turbine (www.diplom.de) fournit des données intéressantes pour une DWAT d'un seul anneau. Si une augmentation de débit et de vitesse est noté, les chiffres montrent aussi les limites de l'amélioration potentielle. Enfin dans le brevet US concernant un Super Venturi (Clifton D Finney 1994-95), une opposition entre les algorithmes de Betz et de Venturi a été constatée proposant le super venturi, une série de Venturis en cascade, comme solution ; le fonctionnement d'un seul Venturi en plein air n'étant pas assuré on voit mal le fonctionnement d'un engin aussi compliqué. En conclusion, il faut constater, comme le fait Paul G1PE dans Wind-works.org que l'accélération et donc la surpuissance obtenue dans les différentes configurations de DAWT ne contrebalance pas leur encombrement supérieur, leur surpoids et donc leur surcoût par rapport aux HAWT actuellement installées. La présente invention ambitionne de résoudre ce problème en augmentant la surface d'entrée à diamètre égal, en captant une plus grande part du vent dans la turbine même par vent faible et en l'accélérant fortement. Exposé de l'invention : Pourquoi le vent se détourne-t-il du Venturi ? En l'absence de publications sur le sujet, on peut tenter une explication simple. L'examen de la Figure 1 montre que pour un cône convergent de 45°, le vent entrant horizontal hors de la partie centrale correspondant au diamètre du col, est renvoyé par la paroi à la verticale. La veine de vent symétrique par rapport à l'axe subit le même sort et les deux veines viennent s'opposer créant des turbulences et comprimant perpendiculairement à l'axe les veines centrales non détournées avec pour effet de ralentir le flux, créer une surpression et détourner le vent extérieur. Pour un angle a inférieur, donc un convergent plus long, et en admettant que le vent horizontal est renvoyé par la paroi avec un angle égal, la vitesse après impact se décompose en Vcosa suivant la paroi et Vsina perpendiculairement dont une composante est opposée au sens du vent ; là encore surpression et turbulences.

Puisque le vent ne veut pas entrer dans le Venturi, il faut dépenser un peu d'énergie pour l'y contraindre. Ayant constaté que la surpression d'entrée, variable avec la vitesse du vent, était de l'ordre de quelques dizaines de Pascal, un faible apport externe d'énergie doit pouvoir la combattre. Le débit d'air des éoliennes étant très élevé, seule l'efficacité des éjecteurs du marché permet d'utiliser un petit débit d'air comprimé pour entraîner un débit d'air 20 fois plus élevé (par exemple VORTEC 904, www.vortec.com). Ces appareils, éjecteurs, amplificateurs d'air (airmovers ou air amplifiers), aspirateurs à air comprimé ou ventilateurs sans pale utilisent la dépression au col de l'effet Venturi et le guidage par effet Coanda des veines d'air le long d'une paroi convexe. Bien qu'il existe aussi des lames d'air plates, les appareils les plus courants sont cylindriques et disponibles dans des tailles de 10 à 125mm de diamètre pour des débits de 200 à 80 000 litres/mn sous 2 à 6 bars. Le multiplicateur qui peut excéder 20 garantit une faible consommation bien que les vitesses de sortie atteignent 100m/s. Partant de ce constat, le but de cette invention est de proposer un dispositif compact utilisant le vent comme énergie primaire, associé à une énergie secondaire sous forme de gaz comprimé. La turbine éolienne est placée au col ou immédiatement en aval d'un carénage Venturi (avec ou sans noyau central) disposant d'au moins un convergent et un divergent. Des éjecteurs à gaz comprimé intégrés au carénage guident et entraînent le vent dans les canaux du Venturi puis l'aspirent en sortie pour augmenter son débit par effet d'entraînement. La survitesse ainsi créée permet de produire une puissance électrique importante.

Ce dispositif permet aussi, à encombrement équivalent de produire de l'électricité avec des vitesses de vent 60% inférieures aux modèles actuels donc à étendre le temps productif à 80% de l'année et à installer l'éolienne moins haut, la vitesse moyenne du vent ne baissant par exemple que de 30% si la hauteur du pylône est réduite de 40 à 10 m. A puissance équivalente il permet aussi de diviser par quatre la taille et donc de limiter l'impact du surcoût de la structure carénée.

Le premier modèle de réalisation, le plus simple, consiste en un carénage à axe horizontal de forme extérieure tubulaire et en forme de tube Venturi à l'intérieur. Au centre de ce tube se trouve un axe sur lequel est montée une turbine éolienne. L'embouchure d'entrée est équipée d'une buse d'injection à gaz comprimé et fonctionne comme un éjecteur (éjecteur d'entréê) qui aspire le vent dans le canal convergent formé entre le carénage et l'axe et l'accélère vers le col de Venturi. En aval de la turbine éolienne est monté un divergent équipé d'un éjecteur à gaz comprimé qui aspire l'air en sortie de turbine (éjecteur de sortie) pour l'expulser à l'air libre. Alternativement, le divergent peut être équipé de tout dispositif tel que bord saillant du carénage (Brim) ou Vortex destiné à créer une dépression en sortie de turbine. L'axe de l'éolienne est relié mécaniquement à un alternateur produisant l'électricité. Un réservoir de gaz comprimé est relié aux buses des éjecteurs ; un compresseur peut alimenter ce réservoir. Ce compresseur peut aussi être relié mécaniquement à l'axe de la turbine, dans un montage similaire à celui des turboréacteurs dont le compresseur entraîné par la turbine alimente en air pressurisé la turbine elle-même. Dans d'autres modèles de réalisation, l'alternateur et le compresseur peuvent être montés sur l'axe de turbine et intégrés dans un noyau central. Dans un second modèle de réalisation, le noyau central est équipé d'une buse à gaz comprimé afin de renforcer l'effet de l'éjecteur placé à l'embouchure frontale du carénage. Dans un troisième modèle de réalisation (FIG.4), un aspirateur à gaz comprimé est placé à l'avant du noyau central, l'orifice d'aspiration étant situé à la pointe de l'axe et l'air est refoulé par une buse placée en aval sur la paroi extérieure du noyau et orientée vers le col de Venturi. Un aspirateur d'air de type standard est alimenté en air comprimé et son rapport d'amplification peut atteindre 30 ou plus. Cet appareil produit une dépression de plusieurs hectopascals en amont qui vient lutter contre la surpression qui s'installe à l'entrée d'un Venturi face au vent à l'air libre.

Dans un quatrième modèle de réalisation, une embouchure latérale est ménagée dans la paroi extérieure du carénage, qui alimente un second convergent coaxial du premier afin d'augmenter le débit d'air pour une même surface frontale ; cet embouchure est équipée d'un éjecteur à gaz comprimé entraînant l'air extérieur vers le Venturi. Dans un cinquième modèle de réalisation, deux buses annulaires sont installées face à face au col de venturi sur le noyau central et sur le carénage frontal. L'éjecteur ainsi constitué forme un anneau amplificateur d'air comme montré (FIG.5). Dans un sixième modèle de réalisation, une autre embouchure latérale est ménagée dans la paroi extérieure du carénage en aval du col de Venturi, qui alimente un convergent annulaire, coaxial des précédents, et muni d'une buse d'injection à gaz comprimé. L'ensemble fonctionne comme éjecteur d'air rapide pour aspirer et guider l'air ralenti en sortie de turbine. Pour augmenter l'efficacité de cet éjecteur de sortie, une buse annulaire supplémentaire peut être ajoutée autour du noyau central. Dans un septième modèle de réalisation, le gaz comprimé alimentant au moins l'un des convergents éjecteurs est un gaz combustible qui est injecté comme précédemment puis admis dans une chambre de mélange avec l'air entraîné et enflammé (FIG.6). Le reste du dispositif étant similaire à une turbine à gaz qui entraîne le compresseur et l'alternateur ; les gaz brûlés à haute vitesse étant utilisés dans les éjecteurs pour entraîner l'air admis.

En dehors de ce dernier modèle et bien que le choix d'un autre fluide que l'air puisse être justifié pour des questions de rapport de compression et de volume, le reste de l'exposé ne mentionnera que le cas le plus courant de l'air comprimé. Bien d'autres modèles peuvent être développés sur le principe innovant revendiqué associant turbine à vent, carénage Venturi et éjecteurs à gaz comprimé. Description détaillée : Les dessins, figures et calculs suivants se réfèrent à un modèle préféré combinant plusieurs modèles pour illustrer les revendications. Le modèle préféré se réfère aux FIG. 1,2 et 3.

Le dispositif décrit présente un diamètre de 3m, pour une section au col d'un mètre carré et une longueur du dispositif de 4m. Avec un multiplicateur géométrique de 7 (g=0,376), la puissance cinétique théorique serait 117 KW pour un vent moyen de 8m/s. Les tests sur maquette au banc laissent entrevoir un rendement de 50% pour le carénage et les éjecteurs ; en estimant à 70% comme pour les éoliennes actuelles le rendement électrique et mécanique, la puissance électrique devrait atteindre 40KW, contre 500W pour une éolienne standard de même diamètre de 3m, juchée sur un mât de 10m (source : Fraunhofer Institut fur Windenergy). FIG.1 est une coupe simplifiée du modèle préféré. FIG.2 représente l'écoulement de l'air autour et dans le dispositif et indique les pièces principales. FIG.3 est une perspective allongée et dépouillée pour montrer l'architecture du dispositif.

FIG.4 montre le montage d'un aspirateur pneumatique. FIG.5 montre le montage d'un anneau éjecteur autour du noyau central. FIG.6 monte le modèle intégrant une turbine à gaz. Noyau central (1) La partie avant (11) du noyau central a une forme profilée conique afin de minimiser la perte de charge (demi-angle de 15° environ). La partie centrale (12) est cylindrique au niveau du col de Venturi ; elle abrite les éléments placés sur l'axe principal de rotation, un réservoir d'air comprimé(14), l'alimentation et la buse(143) de l'amplificateur d'air, l'alternateur (16), la turbine (17 et 32) et le compresseur(15). La forme de la partie postérieure (13) en cône inversé dépend des choix de montage de ces éléments, mais elle doit permettre l'écoulement sans turbulences de l'air sorti de turbine et le démontage des appareils qui y sont logés. La forme en tronc de cône montré par FIG.1 correspond à ces impératifs. Ejecteur : le principe du dispositif consiste à placer au moins une buse d'injection de gaz comprimé (217) dans le convergent de Venturi (51) dont le jet est tangent à la surface intérieure du convergent en direction du col (54) et qui forme avec l'embouchure (511) et les parois du convergent un éjecteur à gaz comprimé à effet Coanda. Dans ce modèle, l'éjecteur est composé de l'ensemble de la partie avant (12) du noyau central, la partie intérieure (211) du carénage frontal et les deux buses d'injection (143) et (217) qui créent une lame circulaire d'air d'environ lmm d'épaisseur et de très haute vitesse. Compte tenu de la forme du profil, du rayon de courbure et de l'épaisseur de la veine d'air (rayon de courbure/ épaisseur des filets d'air>5), celle-ci suit le profil par effet Coanda et le vent incident est détourné vers le col de Venturi sans se réfléchir sur la paroi du carénage. Ce dispositif semblable dans sa conception aux ventilateurs sans pales, dont le bon fonctionnement est prouvé, réduit les turbulences et la surpression d'entrée. La buse annulaire d'injection (143) a été placée sur le cône légèrement en aval de celle du carénage avant (217) dans l'espoir de maximiser l'effet d'entraînement, mais seuls les essais en grandeur réelle peuvent valider ce choix. Dans un mode de réalisation alternatif, l'éjecteur est réalisé différemment. La partie située sur le carénage avant (2) n'est pas modifiée, mais sur le noyau central l'éjecteur est de type aspirateur à gaz comprimé(7) et l'embouchure est placée au centre et dans l'axe du convergent central (51) pour aspirer l'air incident et le restituer en aval par un éjecteur tel que décrit précédemment. FIG.4 donne le détail du dispositif. Les principales différences sont une entrée d'air avant pour le compresseur et une chambre annulaire (71) pour alimenter l'éjecteur et une buse d'injection (143) déportée vers le col.

Réservoir d'air comprimé (14) : dans les parties creuses du cône avant est installé un réservoir d'air comprimé relié par des tuyauteries aux réservoirs (21) et (31) et aux buses d'injection. Ce stockage local d'énergie peut permettre toute opération annexe nettoyage, manipulation aide au démarrage ou autres même à l'arrêt. Carénage frontal (2): Il est constitué d'un anneau fermé de section aplatie avec une face antérieure arrondie (213), des parois latérales intérieures (211) et extérieures (212) convexes et une partie postérieure (214) effilée. Le carénage avant est rendu solidaire du noyau central par trois supports profilés (41) abritant les tuyauteries d'air comprimé et le câblage électrique. Le rayon de courbure de la face de l'anneau avant avoisine 20% du diamètre d'entrée du carénage afin de réduire la perte de charge. Celui des faces latérales intérieures et extérieures est assez grand pour éviter le décollement des filets d'air et les guider vers le col de Venturi. Dans l'anneau frontal est aménagé un réservoir d'air comprimé (21) relié aux autres par les tuyauteries (215) et (216) et qui débouche sur une buse d'éjection (217) en forme de fente latérale d'environ lmm (dimension variable suivant la taille de l'éolienne et le débit voulu) dont la forme arrondie et tangente au profil convergent (211), produit une lame d'air rapide qui, par effet Coanda suit la surface du convergent. Le vent admis est dévié avant d'atteindre la paroi du convergent, et l'ensemble se comporte comme décrit précédemment au paragraphe noyau central. Le Convergent primaire ou central (51) est formé du canal entre le carénage avant (2) et le noyau central (1). Compte tenu du rapport de contraction, la surface d'entrée (511) est 7 fois celle de sortie au col (512). Avec un tel rapport, turbulences et surpression s'installent à l'entrée du convergent et le vent refuse normalement l'entrée. Les deux buses d'injection et la forme profilée de l'embouchure forment un éjecteur puissant qui modifie profondément le profil de l'écoulement (FIG.2) permettant à un plus grand nombre de filets d'air d'entrer dans le convergent et d'atteindre le col. Non seulement la vitesse du vent est accélérée trois fois mais le débit, hors débit d'air comprimé a pu être mesuré à plus de deux fois le débit d'une éolienne conventionnelle, montrant l'importance de l'effet d'entraînement.

En extrémité du convergent, un court espace annulaire permet le mélange des flux coaxiaux sortant des deux convergents à des vitesses voisines. Carénage latéral (3): comme le carénage avant il est annulaire et a le même diamètre extérieur que celui-ci. Il est coaxial du carénage avant et placé en aval par rapport au vent. La face latérale extérieure (312) est cylindrique. Elle est surmontée d'un empennage (433) aidant à orienter l'ensemble dans le sens du vent. La face latérale intérieure (311) a une forme en V évasé ; la partie antérieure (313) forme un convergent secondaire avec la partie postérieure et extérieure du carénage avant (212) qui se termine par une section discale au col (523) approximativement égale à la section (513). Une buse d'injection d'air comprimé (316) en forme de fente circulaire est placée peu après l'embouchure latérale sur la paroi interne du carénage arrière (311) comme montré par la FIG.1. Elle injecte l'air comprimé à grande vitesse le long de la paroi (311) ; par effet Coanda, ces veines d'air suivent le profil de la paroi. La partie postérieure (314) forme à partir du col un évasement conique d'angle faible, environ 15°, dans lequel s'insère le stator (32) de la turbine éolienne. A la sortie de cet évasement est placé un éjecteur alimenté en air par une troisième embouchure circulaire (317) et en air comprimé par une buse montée sur le réservoir (32). La paroi extérieure arrière (315) a une forme d'anneau et un profil d'aile pour provoquer l'effet de pincement de l'éjecteur. Enfin l'orifice de sortie de l'éjecteur est orienté dans l'axe de l'éolienne. Pour obtenir une vitesse d'air double de celle du vent pouvant entraîner le flux d'air sorti de la turbine, un faible rapport de contraction est suffisant puisque la vitesse d'entrée est environ 30% supérieure à celle du vent. Le Convergent Secondaire ou périphérique (52) est formé par le canal de section convergente entre le carénage avant (212) et le carénage latéral (311). Il comporte une entrée d'air latérale (521) à peu près cylindrique conduisant à ce second canal convergent (52) coaxial et en aval du premier convergent (51) par rapport au sens du vent. Le rapport du rayon de courbure des parois (21) à l'épaisseur de la veine d'air est tel que celle-ci soit guidée par effet Coanda vers le col de Venturi (53). Au moins une buse d'injection de gaz comprimé(316) peut être ajoutée dans cet orifice d'entrée (521) pour former avec les parois (311) et (214) du convergent un éjecteur renforçant l'aspiration de l'air extérieur. Les canaux frontaux et latéraux se rejoignent au niveau du col et débouchent dans un divergent unique. Il a été mesuré que l'air contournant l'éolienne bénéficie d'une survitesse d'environ 30% par rapport au vent ; celle-ci diminue de moitié à l'embouchure du canal secondaire. Avec un rapport de contraction du convergent secondaire inférieur à celui du convergent primaire, on peut donc obtenir en sortie du convergent périphérique une vitesse d'air légèrement supérieure à celle du flux sortant du convergent central. La longueur de l'embouchure latérale et les diamètres des carénages peuvent être calculés pour que les sections de sortie (512 et 522) des canaux soient approximativement égales et que donc les débits des convergents soient proches. Dans ce cas pour un même diamètre, la surface droite et donc la puissance du dispositif est doublée, par rapport aux DAWT ; la longueur restant bien entendu bien plus importante que celle d'une HAVVT. En cas de vent fort, l'entrée des canaux peut être fermée entièrement ou partiellement par un diaphragme pour le premier et par des panneaux coulissants pour le second. Ces éléments ne sont pas représentés.

Le col de Venturi (53) : pour une section d'entrée frontale S de 7m2, les sorties (512) et (522) des deux convergents ont une section d'environ un m2 pour le modèle préféré ; la section du col de Venturi avoisine donc 2m2 et les débits des deux canaux sont approximativement égaux. Pour une vitesse V du vent au loin, sa vitesse à l'entrée frontale a été mesurée entre 0.55V et 0.6V; mais avec les éjecteurs on mesure 0.70 à 0.90V suivant les réglages, alors que la vitesse autour de l'anneau est assez stable à 1.5V avant l'entrée dans le convergent secondaire où la vitesse baisse à environ 1.2V. C'est à ces valeurs qu'il y a lieu d'appliquer le coefficient multiplicateur de contraction (rapport des surfaces) et les rendements des deux Venturis. Ce rendement dépend du profil aérodynamique, donc des pertes de charges, et de l'état de surface des parois. On a pu mesurer sur maquette des valeurs de 75 à 80%. Avec le coefficient de contraction de 7 la vitesse réelle est ainsi ramenée à 4.5V. On aboutit pour notre modèle à un débit de 70 m3/s pour 83/s de vent. Le besoin en air comprimé pour les trois éjecteurs avec un coefficient d'entraînement de 20 est estimé à 4.2 m3/s absorbant une puissance de 4.5 KW. Dans ces conditions, la puissance réelle est estimée à 55KW avant application des rendements mécaniques et électriques (0.7 pour une éolienne conventionnelle).

Le diffuseur divergent (54) est dans le modèle préféré en double cône inversé sur une longueur égale à la moitié du diamètre du carénage frontal (2). La surface de la section droite de sortie est environ 20% supérieure à celle du col (54), soit un angle de 15° pour chaque cône. Le stator de la turbine(32) avec les ailettes déflectrices est intégré dans le divergent.

Le diffuseur divergent est équipé d'au moins une buse d'injection de gaz comprimé placée à la sortie de la turbine de façon à ré-accélérer l'air qui en sort par son seul effet ou en combinaison avec d'autres moyens. Il est intégré dans la partie aval (314) du carénage latéral (3). Ce troisième éjecteur (318) de sortie de turbine est constitué d'une entrée d'air cylindrique (317), d'un profil de type Venturi (convergent 53) et d'une buse d'injection d'air comprimé similaire aux deux autre éjecteurs. FIG.1 montre le détail du montage et en particulier l'orifice d'éjection circulaire (319) orienté approximativement dans l'axe de l'éolienne et qui entoure et canalise avec une vitesse supérieure le flux d'air sorti de l'éolienne. Ce dispositif est économe en énergie puisque la différence de vitesse est faible et le coefficient d'entraînement fort ; il est aussi très efficace puisque des survitesses de l'ordre de 30% on pu être mesurées. H semble plus performant que les dispositifs connus avec lesquels il peut être combiné. La turbine éolienne constituée d'un stator (32) et d'un rotor(17) se rapproche plus de l'aviation que de l'éolien conventionnel. La possibilité de réduire les entrées d'air et d'augmenter le débit d'air comprimé en fonction de la vitesse du vent permet de faire fonctionner la turbine, dans une plage de vitesses de rotation réduite. Pour le modèle préféré la turbine est à trois étages et redresseurs, afin d'extraire un maximum d'énergie de l'air accéléré la traversant ; si la vitesse au col de 4.5V, on peut estimer la vitesse de sortie à 1.5V et l'éjecteur de sortie (318) doit l'aspirer d'autant plus facilement que le vent ayant évité le carénage a lui aussi une vitesse un peu supérieure à la vitesse du vent au large.

Le compresseur à air : Pour compléter le stockage d'air comprimé, l'installation d'un compresseur (ou pulseur d'air) dans le dispositif est nécessaire. Celui-ci peut être indépendant et entraîné par un moteur thermique ou électrique. Pour le modèle préféré, la turbine éolienne est couplée directement ou indirectement au compresseur fournissant l'air destiné à certaines ou à toutes les buses d'éjecteur. Pour ce modèle il a été monté dans le moyeu du rotor de turbine. Les liaisons mécaniques et la tuyauterie d'alimentation des réservoirs d'air comprimé ainsi que les liaisons électriques ne sont pas représentées. L'aspiration de l'air par l'arrière du dispositif comme indiqué FIG.1 ne peut que favoriser la sortie d'air de la turbine éolienne. Les appareils et les circuits industriels d'air comprimé utilisent des pressions de 6 à 10 bars qui ne sont pas nécessaires pour le circuit court et les débits des éjecteurs du dispositif préféré; les compresseurs conventionnels ne sont pas adaptés et trop voraces en énergie. Comme le démontrent les ventilateurs sans pales, une surpression de quelques centaines de Pascal est suffisante si le débit de la turbine de compression est supérieur à des besoins bien définis. Pour une vitesse moyenne de vent à 8m/s et une buse de 7mm, une turbine de 60 cm de 3Kw devrait suffire. Il est inutile de sur dimensionner le moteur puisque au-delà de 20m/s de vent, diaphragme et volets, non représentés sur les dessins, peuvent ralentir l'air admis. Alternateur (16): dans le modèle préféré, l'alternateur est coaxial avec la turbine éolienne qui l'entraîne ; la liaison étant faite par un appareil d'embrayage et de démultiplication. Dans ce modèle sans balais, le stator est central et le rotor à aimants permanents est solidaire avec les pales de la turbine. Comme la turbine qui l'entraîne, il devrait pouvoir fonctionner dans une plage de vitesses de rotation réduite Turbine à gaz(9) Bien que ne faisant pas partie du modèle préféré, le modèle de réalisation avec turbine à ea7 est détaillé par la FIG 6. L'éjecteur (522) du convergent périphérique comporte d'une part une buse (316) alimentée en gaz de pétrole liquéfié ou équivalent et d'autre part une chambre de mélange (81) avec l'air aspiré suivi d'une chambre de combustion (82) dont les gaz sont éjectés à haute vitesse dans le col de Venturi (53). En arrivant dans ce col par l'orifice (521), les gaz sont mélangés avec l'air de l'orifice central (512) qui les refroidit. Le rapport des débits des deux canaux doit être tel que l'un refroidit l'autre qui accélère le premier. Les turbines à gaz ayant des rendements faibles, ce modèle peut être intéressant pour une mise en route occasionnelle de la turbine à gaz en absence de vent faible ou de besoin inattendu. Applications : tous les champs d'application des éoliennes sont concernés par ce dispositif.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de turbine éolienne placée au col ou immédiatement en aval d'un carénage Venturi (avec ou sans noyau central) disposant d'au moins un convergent et un divergent. Des éjecteurs à gaz comprimé intégrés au carénage guident et entraînent le vent dans les canaux du 5 Venturi puis l'aspirent en sortie pour augmenter son débit par effet d'entraînement.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel au moins une buse d'injection de gaz comprimé (143 ou 217) est placée dans le convergent de Venturi (51) et dont le jet est tangent à la surface intérieure du convergent en direction du col, et forme avec l'embouchure et les parois dudit convergent (12 et 211) un éjecteur à gaz comprimé à effet Coanda. 10
3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 qui comporte un éjecteur de type aspirateur à gaz comprimé (7) dont l'embouchure est placée au centre et dans l'axe du convergent central (51) pour aspirer l'air incident et le restituer en aval par au moins un éjecteur. F1G.4.
4. 4. Dispositif selon les revendications 1 à 3 qui comporte, en complément de l'entrée frontale, une entrée d'air latérale (521) à peu près cylindrique conduisant à un second canal 15 convergent (52) coaxial et en aval du premier convergent (51) par rapport au sens du vent et dont le rapport du rayon de courbure des parois à l'épaisseur de la veine d'air est tel que celle-ci soit guidée par effet Coanda vers le col de Venturi (53). Au moins une buse d'injection de gaz comprimé (316) peut être ajoutée dans cet orifice d'entrée (521) pour former avec les parois du convergent (311) et (214) un éjecteur renforçant l'aspiration de l'air extérieur. Les canaux frontaux et latéraux 20 se rejoignent au niveau du col et débouchent dans un divergent unique.
5. 5. Dispositif selon les revendications 1 à 2 dans lequel deux buses annulaires sont installées face à face au col de venturi sur le noyau central et sur le carénage frontal, formant un éjecteur (7) en anneau amplificateur d'air. F1G.5.
6. 6. Dispositif selon les revendications 1 à 5 dont le diffuseur divergent est équipé d'au moins 25 une buse d'injection de gaz comprimé placée à la sortie de la turbine de façon à ré-accélérer l'air qui en sort par son seul effet ou en combinaison avec d'autres moyens.
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel la turbine éolienne est couplée directement ou indirectement à un compresseur (15) fournissant l'air comprimé destiné à certaines ou à toutes les buses d'éjecteur. 30
8. 8. Dispositif selon les revendications 1 à 6 dont l'un des éjecteurs comporte d'une part une buse alimentée en gaz de pétrole liquéfié ou équivalent et d'autre part une chambre de mélange avec l'air aspiré suivi d'une chambre de combustion dont les gaz sont éjectés à haute vitesse dans le col de Venturi (53). F1G.6.