FR3077103A1 - Hydrolienne a axe de rotor incline de 45° par rapport a la verticale - Google Patents

Hydrolienne a axe de rotor incline de 45° par rapport a la verticale Download PDF

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Abstract

L'invention concerne une hydraulienne à axe de rotor incliné de 45° par rapport à la verticale, avec quatre pales fixes, ayant un rendement supérieur à celles qui existent actuellement, et qui est entièrement immergée dans l'eau courante, soit une rivière, un fleuve, des courants marins ou le flux et le reflux des marées. Le dispositif comporte une fondation (1) sur laquelle est fixé un arceau (2). Celui-ci porte un axe de rotor (5) incliné de 45° par rapport à la verticale. Quatre pales (9) son fixées sur le rotor. Elles sont inclinées de 45° par rapport à l'axe de celui-ci, et sont disposées à 90° l'une par rapport à l'autre autour de l'axe. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à produire de l'électricité grâce à la dynamo (10).

Description

La présente invention concerne une hydraulienne à axe de rotor incliné de 45° par rapport à la verticale, à quatre pales fixes disposées à 90° l’une par rapport à l'autre autour de Taxe de ce rotor, entièrement immergée dans l’eau courante, soit une rivière, un fleuve, des courants marins ou le flux et le reflux des marées, et qui produit de l’électricité.
Le dispositif comporte une fondation (1 ) sur laquelle est fixée un arceau (2). Celui-ci porte un axe de rotor (5) incliné de 45° par rapport à la verticale. Quatre pales (9) sont fixées sur le rotor. Elles sont inclinées de 45° par rapport à l’axe de celui-ci, et sont disposées à 90° l’une par rapport à l’autre autour de l’axe. L’axe du rotor est orienté dans le sens du courant. Le dispositif selon l’invention est particulièrement destiné à produire de l’électricité grâce à une dynamo (10).
La pale à droite de l’axe du rotor offre sa surface totale perpendiculairement au courant. Elle entraîne le rotor sous la force du courant en se déplaçant vers l’arrière, soit dans le sens de la force appliquée. La pale à gauche de l’axe se déplace contre le courant, mais elle s’éclipse en se positionnant à l’horizontale, soit parallèlement au courant et donc n’offre plus de surface d’attaque. De plus, les deux autres pales restantes sont orientées en ce moment précis à 45° par rapport au sens du courant et vont ainsi participer à la rotation du rotor en se comportant comme les pales d’une hélice.
J’avais déposé une enveloppe Soleau qui porte le numéro 589624 et la date du 07.08.17 concernant cette hydraulienne.
Dans l’état des techniques antérieures, il existe différentes catégories d’hydrauliennes. Celles qui comportent une hélice à axe horizontal sont les plus répendues. La catégorie des hydrauliennes à lames fixes selon le principe de Darrieus sont généralement installées avec l’axe placé à l’horinzontale. Ces hydrauliennes sont installées de façon fixe sur le fond marin et sont orientées dans le sens du courant. L’hydraulienne de ma demande de brevet d’invention numéro 15 02528 avec la date de dépôt du 03.12.2015 entre dans une autre catégorie. Elle possède un axe vertical et des pales pivotantes libres. Elle fonctionne pour n’importe quel sens du courant.
L’hydraulienne de ma demande de brevet d’invention numéro 15 02528, de part son système avec la pale de droite de l’axe du rotor offerte perpendiculairement au courant, et la pale à gauche de l’axe qui pivote et se place parallèlement au courant, produit un couple bien supérieur aux deux premières catégories d’hydrauliennes munies soit d’hélice ou de lames selon le principe de Darrieus, en comparant les mêmes diamètres de rotor.
D’autre part, l’hydraulienne de ma demande de brevet d’invention numéro 15 02528 présente un système trop complexe et trop enclin pour les pannes, avec ses pales pivotantes. En effet, les coquillages se fixent sur toute l’hydraulienne. Ceci peut gêner les articulations des pales et mettre en cause l’efficacité des butées.
Le dispositif selon l’invention permet de délivrer un couple de rotor identique à l’hydraulienne de ma demande de brevet d’invention numéro 15 02528, et donc supérieur aux hydrauliennes munies soit d’hélice ou de lames selon le principe de Darrieus.
-2Ceci est dû à la pale qui offre sa surface totale perpendiculairement au courant, et que cette pale se déplace en arrière dans le sens de la poussée, et que la pale de l’autre côté de l’axe se place parallèlement au courant et n’offre ainsi aucune résistance en avançant contre lui. Le couple élevé délivré par le rotor est un avantage important pour ce dispositif par rapport aux hydrauliennes existantes.
Le dispositif selon l’invention présente une nette amélioration par rapport à mon hydraulienne de ma demande de brevet d’invention numéro 15 02528 car ses quatre pales sont fixées de façon immobile sur l’axe du rotor. Comme les pales sont non pivotantes sur ce dispositif, les articulations de celles-ci n’existant plus, il n’y a pas de travaux d’entretien ni de panne possible sur le fonctionnement des pales. Ceci est également un avantage très intéressant.
Un autre avantage de l’hydraulienne concerne sa forme compacte et sphérique, que les poissons voient en s’approchant, et peuvent donc l’éviter en la contournant. Par contre, pour les hydrauliennes à hélice ou à lames selon le principe de Darrieus, les poissons qui regardent droit devant eux ne voient pas les pales qui se déplacent orthogonalement à eux et qui viennent les percuter par le dessus, le dessous ou par le côté. Ainsi, l’hydraulienne présente cet avantage pour la sauvegarde de la faune marine.
Un autre avantage du dispositif est obtenu par la forme du pourtour de la fondation. Le bord de celle-ci est biseauté afin que les poissons qui cherchent leur nourriture en grattant le fond de la rivière soient coincés et chassés, et ne montent pas dans le rotor ni dans les pales.
Fonctionnement de l’hydraulienne d’après les figures 1 et 2, qui représentent le dispositif en différentes vues. Les 4 pales (A), (B), (C) et (D) sont fixées sur le rotor et sont placées à 90° l’une par rapport à l’autre autour de l’axe (E). Le principe de fonctionnement est identique à celui de ma demande de brevet d’invention numéro 17 00575 avec la date de dépôt du 29.05.2017 concernant une éolienne à axe de rotor incliné de 45° par rapport à la verticale.
Figure 1 : vue frontale de l’hydraulienne. L’observateur se trouve dans le sens du courant.
Figure 2 : vue de profil de l’hydraulienne. Le sens du courant est indiqué par des flèches du côté gauche sur le dessin. L’axe du rotor est incliné de 45° par rapport à la verticale, et est dirigé vers la venue du courant.
La pale (A) est fixée sur le rotor et est inclinée de 45° par rapport à l’axe (E), représentée sur la figure 2. L’axe (E) est lui-même incliné de 45° par rapport à la verticale. La pale (A) se trouve ainsi placée à la verticale et offre sa surface totale orthogonalement au courant, ce qui aura une efficacité maximale pour faire tourner le rotor. La pale (A) se déplace en arrière sous la force du courant, soit dans le sens de la force appliquée. Le rotor tourne dans le sens de la flèche au sommet de la figure 1. La surface totale de la pale (A) offerte au courant est représentée sur la figure 1.
-3La pale (C) est fixée sur le rotor et est également inclinée de 45° par rapport à l'axe (E), représentée sur la figure 2. La pale (C) se trouve diamétralement opposée à la pale (A) par rapport à l'axe (E). L'inclinaison de 45° de la pale (C) par rapport à l'axe (E) additionnée à l'inclinaison de l'axe (E) de 45° par rapport à la verticale fait que la pale (C) se retrouve à 90° par rapport à la verticale, donc à l'horizontale. Elle est ainsi parallèle au sens du courant et n'offre aucune prise à celui-ci en se déplaçant contre lui. Ceci est représenté sur les figures 1 et 2.
La pale (D) est fixée sur le rotor et est également inclinée de 45° par rapport à l'axe (E), comme représenté sur les figures 1 et 2. Cette pale (D) participe également à faire tourner le rotor sous la force du courant. Elle se comporte comme la pale d'une hélice. La force du courant pousse sur la surface de la pale (D) qui est inclinée. Celle-ci se déplacera alors latéralement. Ce mouvement latéral est imposé par l'inclinaison de l'axe (E) représenté sur la figure 1.
De même, la pale (B), dont seulement une partie est offerte au courant, participe de la même façon que la pale (D) à faire tourner le rotor. Ceci est représenté sur la figure 1.
Si le courant change de sens par rapport à la représentation des flèches sur la figure 2 et arrive par l’arrière, alors le rotor fonctionne de la même façon mais tourne en sens inverse. Ceci est intéressant pour une hydraulienne marée motrice, pour laquelle le courant change de sens plusieurs fois par jour.
Liste des dessins :
Figure 1: vue frontale de l’hydraulienne. L’observateur se trouve dans le sens du courant.
Figure 2 : vue de profil de l’hydraulienne. Le sens du courant est indiqué par des flèches du côté gauche sur le dessin. L’axe du rotor est incliné de 45° par rapport à la verticale, et est dirigé vers la venue du courant.
Figure 3 : dessin avec les numéros de référence des pièces. Vue frontale de l’hydraulienne. L’observateur se trouve dans le sens du courant.
Figure 4 : dessin avec les numéros de référence des pièces. Vue de profil de l’hydraulienne. L’axe du rotor est incliné de 45° par rapport à la verticale.
Figure 5 : dessin avec les numéros de référence des pièces. Vue en coupe du rotor. Coupe perpendiculaire à l'axe du rotor. Les quatre pales (9) sont fixées sur le rotor et sont placées à 90° l’une par rapport à l’autre autour de l’axe (5).
Figure 6 : dessin avec les numéros de référence des pièces. Vue de profil de l’hydraulienne. L’axe du rotor est incliné de 45° par rapport à la verticale. Variante pour le mode de construction: l’arceau est remplacé par une console.
En référence aux figures 3 à 5, le dispositif comporte une fondation (1 ) en béton armé dont les bords sont biseautés, sur laquelle est fixé l'arceau (2) en contreplaqué de la marque Multiplex d'épaisseur 24 mm. Il fait office de membrure portante de l'axe du rotor qui est incliné de 45° par rapport à la verticale.
-4Une vis (3) M8 munie d’un écrou à frein (4) logé dans un lamage de l’arceau, maintient la bague intérieure d’un roulement à billes (6). La bague extérieure du roulement à billes (6) est encastrée dans l’extrémité supérieure du tube (5). Ce tube (5) en PVC DN 50 forme la structure portante du rotor et matérialise l'axe de celui-ci. L’extrémité inférieure du tube (5) est sertie sur l’axe de la dynamo (10). Quand le rotor tourne sur lui-même, il entraîne directement la dynamo et produit ainsi de l’électricité.
Deux plateaux (7) en contreplaqué de la marque Multiplex d’épaisseur 12 mm et de forme octogonale sont fixés sur le tube (5). Entre l'interstice de ces deux plateaux (7) sont fixés huit tasseaux (8) en bois de section triangulaire et isocèle. Ces tasseaux (8) possèdent une section qui présente deux angles de 45° et un angle de 90°. Les quatre pales (9) en contreplaqué d'épaisseur 4 mm sont disposées à 90° l’une par rapport à l’autre autour de l'axe du rotor et elles sont fixées chacune par deux tasseaux (8). Deux tasseaux (8) sont placés l'un en regard de l'autre et maintiennent une pale (9) par serrage sur la base de leur triangle, qui y est fixée et ainsi encastrée avec un angle de 45° par rapport à l'axe du rotor. Les deux tasseaux (8) sont fixés par un de leurs petits côtés sur les plateaux (7). Ceci est représenté sur la figure 4. Les quatre pales (9) ont la forme d'un demi-cercle. Ceci est représenté sur la figure 3, une vue frontale de l'hydraulienne, où l'on aperçoit la surface complète et réelle de la pale (9) à la droite de l’axe. Le rotor complet est ainsi une entité qui a approximativement la forme d'une sphère.
En référence à la figure 6 qui représente une variante pour le mode de construction dans lequel l’arceau est remplacé par une console, le dispositif comporte une fondation (1) en béton armé dont les bords sont biseautés, sur laquelle est fixée une console (11 ) qui fait office de structure portante de l'axe du rotor qui est incliné de 45° par rapport à la verticale.
L’axe de ce rotor est réalisé par un tube (5) qui est monté en porte à faux à 45° par rapport à la verticale et est maintenu d’une part par le roulement à billes (12) et d’autre part par le fait que l’extrémité inférieure du tube (5) est sertie sur l’axe de la dynamo (10). Le roulement à billes (12) et la dynamo (10) sont fixés à l’intérieur d’un carter étanche (13) qui est porté par la console (11). Quand le rotor tourne sur lui-même, il entraîne directement la dynamo et produit ainsi de l’électricité.
Deux plateaux (7) en contreplaqué de la marque Multiplex d'épaisseur 12 mm et de forme octogonale sont fixés sur le tube (5). Entre l'interstice de ces deux plateaux (7) sont fixés huit tasseaux (8) en bois de section triangulaire et isocèle. Ces tasseaux (8) possèdent une section qui présente deux angles de 45° et un angle de 90°. Les quatre pales (9) en contreplaqué d’épaisseur 4 mm sont disposées à 90° l’une par rapport à l’autre autour de l’axe du rotor et elles sont fixées chacune par deux tasseaux (8). Deux tasseaux (8) sont placés l'un en regard de l’autre et maintiennent une pale (9) par serrage sur la base de leur triangle, qui y est fixée et ainsi encastrée avec un angle de 45° par rapport à l'axe du rotor.
-5Les deux tasseaux (8) sont fixés par un de leurs petits côtés sur les plateaux (7). Les quatre pales (9) ont la forme d'un demi-cercle. Le rotor complet est ainsi une entité qui a approximativement la forme d'une sphère.
L’avantage de ce mode de construction selon la figure 6 est que l’arceau n’existe plus car il a été remplacé par la console. L’inconvénient de l’arceau était le suivant: les débris qui flottaient entre deux eaux pouvaient rester accrochés ou se coincer dans la partie de l’arceau derrière et au dessus du rotor et auraient ainsi pu frêner ou arrêter les pales. Il y a donc moins de travaux d’entretien à effectuer sur ce mode de construction selon la figure 6.
A titre d'exemple non limitatif, le rotor aura une dimension de l'ordre de 2 m de diamètre.
Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à être utilisé comme hydraulienne placée soit dans une rivière, un fleuve, des courants marins ou le flux et le reflux des marées, afin de produire de l'électricité.
Liste des numéros de référence utilisés dans la description, les revendications et les dessins:
Fondation
Arceau
Vis
Ecrou à frein
Tube, structure portante du rotor
Roulement à billes
Plateau
Tasseau de section triangulaire
Pale
Dynamo
Console
Roulement à billes
Carter étanche

Claims (1)

  1. REVENDICATION
    1) Dispositif ayant la fonction d’une hydraulienne présentant un axe de rotor incliné de 45° par rapport à la verticale et avec quatre pales fixes disposées à 90° l’une par rapport à l’autre autour de l'axe de ce rotor, qui produit de l’électricité grâce à une dynamo, caractérisé en ce qu’il comporte une fondation (1) en béton armé dont les bords sont biseautés, sur laquelle est fixé un arceau (2) qui fait office de membrure portante de l'axe du rotor incliné de 45° par rapport à la verticale, et que l’axe de ce rotor est porté à sa partie supérieure par une vis (3) munie d’un écrou à frein (4) logé dans un lamage de l’arceau, et qui maintient la bague intérieure d’un roulement à billes (6), la bague extérieure de ce roulement à billes étant encastrée dans l’extrémité supérieure du tube (5), et que ce tube forme la structure portante du rotor et matérialise l'axe de celui-ci, et que l’extrémité inférieure du tube (5) est sertie sur l’axe de la dynamo (10), et que le rotor qui tourne sur luimême entraîne directement la dynamo et produit ainsi de l’électricité, et que deux plateaux (7) de forme octogonale sont fixés sur le tube (5), et qu’entre l'interstice de ces deux plateaux sont fixés huit tasseaux (8) de section triangulaire et isocèle, qui présente deux angles de 45° et un angle de 90° et que les quatre pales (9) sont disposées à 90° l’une par rapport à l’autre autour de l’axe du rotor et qu’elles sont fixées chacune par deux tasseaux (8), et que deux de ces tasseaux sont placés l'un en regard de l'autre et maintiennent une pale (9) par serrage sur la base de leur triangle, qui y est fixée et ainsi encastrée avec un angle de 45° par rapport à l'axe du rotor, et que ces deux tasseaux sont fixés par un de leurs petits côtés sur les plateaux (7), et que les quatre pales (9) ont la forme d'un demi-cercle, et que le rotor complet est ainsi une entité qui a approximativement la forme d'une sphère, et que l’axe du rotor est orienté vers le sens du courant, et que la pale à droite de l’axe du rotor offre sa surface totale perpendiculairement au courant, et qu’elle entraîne le rotor sous la force du courant en se déplaçant vers l’arrière, soit dans le sens de la force appliquée, et que la pale à gauche de l’axe se déplace contre le courant et qu’elle s’éclipse en se positionnant à l’horizontale, soit parallèlement au courant et donc n’offre plus de surface d’attaque, et que les deux autres pales restantes sont orientées en ce moment précis à 45° par rapport au sens du courant et vont ainsi participer à la rotation du rotor en se comportant comme les pales d’une hélice.
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