WO2008003868A2 - Eolienne a aubes tangentielles optimisées - Google Patents

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    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Abstract

Un dispositif (1) concu pour capter l'energie d'un courant de fluide (F) et comprenant au moins un rotor (2) dont I'axe de rotation (ZZ') est destine a etre dispose transversalement par rapport a Ia direction dudit courant de fluide, ledit rotor (2) etant pourvu d'au moins une aube (3) presentant un intrados s'etendant sensiblement parallelement audit axe de rotation (ZZ')/ ledit dispositif telque Ie trace materialisant 1' intersection dudit intrados avec un plan (P) normal a. I'axe de rotation (ZZ') comporte au moins un premier troncon (6) tangent a un premier cercle generateur lui-meme sensiblement centre sur I'axe de rotation (ZZ'), ainsi gu'un second troncon (7) sensiblement tangent a. un second cercle generateur, lui-meme sensiblement concentrique au premier cercle generateur et de diametre superieur au diametre de ce dernier.

Description

EOLIENNE A AUBES TANGENTIELLES OPTIMISÉES
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne le domaine général des dispositifs conçus pour capter et convertir l'énergie mécanique d'un courant de fluide par entraînement d'un organe mobile en rotation.
Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif, de type turbine, conçu pour capter l'énergie d'un courant de fluide, tel qu'un courant d'air ou d'eau, ledit dispositif comprenant au moins un rotor dont l'axe de rotation (ZZ') est destiné à être disposé transversalement par rapport à la direction dudit courant, ledit rotor étant pourvu d'au moins une aube agencée pour transformer l'énergie mécanique dudit courant de fluide en un couple susceptible d'entraîner le rotor en rotation, ladite aube présentant une surface de poussée, dite « intrados », s'étendant sensiblement parallèlement audit axe de rotation.
La présente invention concerne également un procédé de captage de l'énergie d'un courant de fluide au cours duquel on amène un courant de fluide à circuler transversalement au contact d'un rotor d'axe de rotation (ZZ') pourvu d'au moins une aube.
TECHNIQUE ANTERIEURE
II est connu de longue date d'exploiter l'énergie, aussi bien cinétique que potentielle, de courants de fluides naturels, tel que le vent ou les cours d'eau, afin de disposer d'une source d'énergie mécanique adaptée à différents usages, tels que broyage, notamment de grains (moulins), production d'électricité, production d'eau chaude, pompage d'eau, oxygénation d'étangs, etc.
En particulier, il est connu de disposer dans les zones ventées des dispositifs de type éolienne. Ces éoliennes comprennent usuellement un mât vertical supportant un axe horizontal autour duquel une hélice est montée à rotation. Pour permettre l'orientation dudit axe horizontal parallèlement à la direction du vent moteur, ledit axe horizontal est généralement solidaire d'une tête qui pivote autour de l'axe du mât.
Or, les éoliennes connues, si elles permettent une production d'énergie particulièrement respectueuse de l'environnement, présentent toutefois des inconvénients non négligeables.
Tout d'abord, de telles éoliennes sont particulièrement encombrantes, bruyantes, et tendent à dégrader l'aspect esthétique du paysage dans lequel elles s'intègrent.
D'autre part, les éoliennes à hélices nécessitent, pour être entraînées, une importante vitesse du vent, ce qui les rend incompatibles avec un usage généralisé en dehors de zones très ventées.
De surcroît, la rotation relativement rapide des hélices ne compense pas le faible couple qu'elles développent en raison d'une prise au vent très réduite.
EXPOSE DE L'INVENTION
Les objets assignés à la présente invention visent par conséquent à remédier aux différents inconvénients susmentionnés et à proposer un nouveau dispositif de captage de l'énergie d'un courant de fluide qui combine un rendement énergétique particulièrement élevé avec une excellente sensibilité aux courants faibles.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de captage d'énergie dont le rendement puisse être ajusté et optimisé.
Un autre objet assigné à la présente invention vise à proposer un nouveau dispositif de captage d'énergie dont la structure soit particulièrement simple, légère, robuste et peu encombrante.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de captage d'énergie qui présente une structure modulaire.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de captage d'énergie capable d'exploiter la quasi-totalité du courant de fluide balayant une région donnée de l'espace.
Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de captage d'énergie exploitant l'énergie du vent.
Un autre objet assigné à la présente invention vise à proposer un nouveau dispositif de captage d'énergie capable d'exploiter l'énergie d'une masse d'eau en mouvement.
Un autre objet assigné à l'invention vise à proposer un nouveau procédé de captage de l'énergie d'un courant de fluide possédant un rendement particulièrement élevé.
Enfin, un autre objet assigné à la présente invention vise à proposer un nouveau procédé de captage d'énergie permettant une optimisation de son rendement énergétique. Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif, de type turbine, conçu pour capter l'énergie d'un courant de fluide, tel qu'un courant d'air ou d'eau, ledit dispositif comprenant au moins un rotor dont l'axe de rotation (ZZ') est destiné à être disposé transversalement par rapport à la direction dudit courant, ledit rotor étant pourvu d'au moins une aube agencée pour transformer l'énergie mécanique dudit courant de fluide en un couple susceptible d'entraîner le rotor en rotation, ladite aube présentant une surface de poussée, dite « intrados », s'étendant sensiblement parallèlement audit axe de rotation, ledit dispositif étant caractérisé en ce que l'intrados comporte une première section et une seconde section et en ce que le tracé matérialisant l'intersection dudit intrados avec un plan normal à l'axe de rotation (ZZ') comporte au moins un premier tronçon, correspondant à la première section, qui est porté par une première ligne génératrice sensiblement tangente à un premier cercle générateur lui-même sensiblement centré sur l'axe de rotation (ZZ'), ainsi qu'un second tronçon, correspondant à la seconde section, qui est porté par une seconde ligne génératrice distincte de la première ligne génératrice et sensiblement tangente à un second cercle générateur, lui-même sensiblement concentrique au premier cercle générateur et de diamètre supérieur au diamètre de ce dernier.
Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'un procédé de captage de l'énergie d'un courant de fluide au cours duquel on amène un courant de fluide à circuler transversalement au contact d'un rotor d'axe de rotation (ZZ') pourvu d'au moins une aube, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte une étape (a) d'engagement au cours de laquelle on fait passer ledit courant de fluide le long de l'intrados de ladite aube suivant un chemin d'écoulement dont le tracé, défini par l'intersection de ladite aube avec un plan normal à l'axe de rotation (ZZ'), présente au moins un premier tronçon qui est porté par une première ligne génératrice sensiblement tangente à un premier cercle générateur lui-même sensiblement centré sur l'axe de rotation (ZZ'), ainsi qu'un second tronçon qui est porté par une seconde ligne génératrice, distincte de la première ligne génératrice et sensiblement tangente à un second cercle générateur, lui-même sensiblement concentrique au premier cercle générateur et de diamètre supérieur au diamètre de ce dernier.
DESCRIPTIF SOMMAIRE DES DESSINS
D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus en détails à la lecture de la description qui suit, ainsi qu'à l'aide des dessins annexés, fournis à titre purement illustratif et non limitatif, parmi lesquels :
- La figure 1 représente, selon une vue schématique de dessus, une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention comprenant six aubes.
- La figure 2 illustre, selon une vue schématique de dessus, une autre variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention comportant quatre aubes.
- Les figures 3A, 3B, 3C et 3D représentent respectivement, selon des vues schématiques de dessus, des variantes de réalisation de dispositifs conformes à l'invention comportant respectivement trois, quatre, cinq et six aubes.
- La figure 4 illustre, selon une vue schématique de dessus, une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention comportant cinq aubes.
- La figure 5 illustre, selon une vue en perspective, un exemple de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention correspondant à la variante de réalisation de la figure 4. - La figure 6 illustre, selon une vue schématique de dessus, une autre variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention comportant cinq aubes.
- La figure 7 illustre, selon une vue en perspective avec arrachement partiel, l'assemblage d'un module correspondant à une variante de réalisation de dispositif conforme à l'invention comportant six aubes.
- La figure 8 illustre, selon une vue schématique de dessus, la variante de réalisation de dispositif représentée à la figure 7.
- La figure 9 illustre, selon une vue schématique de dessus, une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention comportant six aubes.
- La figure 10 illustre, selon une vue en coupe schématique de dessus, l'association de modules contrarotatifs au sein d'un dispositif conforme à l'invention.
- La figure 11 illustre, selon une vue de dessus schématique avec coupe partielle, la juxtaposition de plusieurs modules au sein d'une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention.
- La figure 12 illustre, selon une vue en perspective partielle, un mode d'assemblage d'une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention.
- La figure 13 illustre, selon une vue en perspective, une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention comportant des déflecteurs. - La figure 14 illustre, selon une vue schématique de coté, un dispositif conforme à l'invention formant une structure mixte, notamment marine, qui comporte à la fois des éoliennes et des hydroliennes.
- La figure 15 illustre, selon une vue en perspective, une variante de réalisation d'une structure d'habitation intégrant des dispositifs conformes à l'invention.
- La figure 16 illustre, selon une vue schématique partielle de dessus, le détail d'un moyen de réglage intégré au sein d'une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention.
MEILLEURE MANIERE DE REALISER L'INVENTION
La présente invention concerne un dispositif 1 conçu pour capter l'énergie d'un courant de fluide F, c'est-à-dire d'une masse de fluide en mouvement.
Le dispositif 1 est naturellement adaptable à des fluides de différente nature, tel que l'air (vent), l'eau liquide (cours d'eau, courants marins), un gaz quelconque, et notamment de la vapeur d'eau.
Au sens de l'invention, le courant de fluide peut aussi bien être naturel que généré artificiellement par un moyen quelconque.
Le dispositif 1 est pourvu d'une structure de machine tournante, de type turbine, et comprend au moins un rotor 2 dont l'axe de rotation (ZZ') est destiné à être disposé transversalement par rapport à la direction du courant de fluide F.
Ainsi, la présente invention est conçue pour que le courant de fluide F incident accède au rotor 2 selon un abord latéral, de telle sorte que ledit rotor est entraîné à rotation de manière sensiblement tangentielle par rapport aux lignes de courant dudit fluide incident (considérées avant que celles-ci ne soient perturbées par le dispositif 1).
En d'autres termes, le dispositif 1 présente une propulsion de type « tangentielle ».
La présente invention diffère donc en particulier des dispositifs à accès « frontal » ou « longitudinal », notamment de type hélices, qui sont conçus pour être entraînés par un fluide incident dont les lignes de courant sont sensiblement parallèles à l'axe de rotation du rotor. Dans de tels dispositifs à accès longitudinal, l'admission du fluide est généralement agencée de telle sorte que le fluide vienne frapper de manière frontale des pales obliques pour être ensuite dévié latéralement en engendrant un effort de poussée.
Il est remarquable que l'axe de rotation (ZZ') du dispositif 1 conforme à l'invention peut toutefois être disposé sensiblement horizontalement ou bien encore sensiblement verticalement sans sortir du cadre de l'invention, dès lors que ledit dispositif est agencé pour que le courant de fluide l'aborde de manière tangentielle.
Ainsi, selon une variante de réalisation préférentielle, le dispositif 1 peut constituer une éolienne, et plus précisément une éolienne à axe vertical (ou « VAWT », pour « vertical axis wind turbine »).
Selon une autre variante de réalisation, le dispositif 1 peut constituer une hydrolienne, et plus précisément une hydrolienne à axe vertical.
Par commodité de description, on considérera dans la suite du texte que l'axe de rotation (ZZ') est disposé verticalement, sans que cela ne constitue une limitation de l'invention. De tels dispositifs à axe vertical et à propulsion tangentielle conformes à l'invention présentent en effet de nombreux avantages.
Tout d'abord, ils possèdent un rendement énergétique élevé et une structure compacte, qui permettent de limiter considérablement leur encombrement (notamment au sol).
En outre, leur compacité contribue à améliorer leur résistance mécanique notamment vis-à-vis de courants de fluide violents ou d'intensité variable.
D'autre part, ils sont relativement silencieux, les éventuels phénomènes dynamiques de cavitation ou de vibrations créés par l'écoulement du fluide contre la structure du rotor étant d'intensité bien moindre qu'avec des hélices. En particulier, les dispositifs conforment à l'invention ne fendent pas l'air comme les pales des hélices et peuvent travailler à une vitesse de rotation sensiblement inférieure à ces dernières.
De surcroît, le dispositif 1 conforme à l'invention permet avantageusement de capter l'énergie de courants de fluide relativement lents, c'est-à-dire qu'il présente une sensibilité accrue, notamment par rapport aux hélices.
Enfin, l'orientation tangentielle présente l'avantage de ne pas requérir de réorientation du rotor en fonction de la direction globale du courant de fluide incident, l'entraînement du rotor intervenant dès lors que le vecteur vitesse du courant de fluide incident comprend une composante sensiblement normale à l'axe de rotation (ZZ') et orientée vers ledit axe de rotation. En d'autres termes, le dispositif conforme à l'invention est susceptible d'être entraîné dès lors que le courant de fluide incident n'est pas strictement parallèle à son axe de rotation (ZZ'), c'est-à-dire que le rotor est potentiellement fonctionnel quel que soit l'azimut d'où provient le courant (à 360° autour de son axe). Selon l'invention, le rotor 2 est pourvu d'au moins une aube 3 qui est agencée pour transformer l'énergie mécanique du courant de fluide F en un couple Ç_ susceptible d'entraîner ledit rotor 2 en rotation.
L'aube 3 forme donc l'effecteur capable de convertir l'énergie véhiculée par le courant de fluide en énergie motrice du rotor 2.
A cet effet, ladite aube 3 présente une surface de poussée 31, également dite « intrados », sur laquelle le fluide vient exercer un effort.
Il est remarquable que le dispositif 1 conforme à l'invention peut ainsi avantageusement convertir l'énergie cinétique du courant de fluide F en un couple Ç_.
Bien entendu, il est également envisageable d'utiliser un dispositif 1 conforme à l'invention entraîné par un fluide sous pression.
Pour permettre une propulsion tangentielle du rotor, l'intrados 31 s'étend sensiblement parallèlement à l'axe de rotation (ZZ'), tel que cela est représenté notamment sur les figures 5, 7 et 13.
Selon une caractéristique importante de l'invention, tel que cela est notamment illustré sur les figures 1 , 2 et 4, l'intrados 31 comporte une première section 4 et une seconde section 5, et le tracé matérialisant l'intersection dudit intrados 31 avec un plan (P) normal à l'axe de rotation (ZZ') comporte au moins un premier tronçon 6, qui correspond à la première section 4, ledit premier tronçon 6 étant porté par une première ligne génératrice L1 , ladite première ligne génératrice L1 étant sensiblement tangente à un premier cercle générateur C1, lui-même sensiblement centré sur l'axe de rotation (ZZ'). Selon une autre caractéristique importante de l'invention, le tracé matérialisant l'intersection de l'intrados 31 avec le plan (P) présente également un second tronçon 7 qui correspond à la seconde section 5, ledit second tronçon 7 étant porté par une seconde ligne génératrice L2 distincte de la première ligne génératrice L1 (c'est-à-dire non confondue avec cette dernière) et sensiblement tangente à un second cercle générateur C2, ledit second cercle générateur C2 étant sensiblement concentrique au premier cercle générateur C1 , et possédant un diamètre D2 supérieur au diamètre D1 dudit premier cercle générateur C1.
En d'autres termes, le contour de base de l'intrados 31 est tracé à partir de deux lignes génératrices tangentielles L1 , L2 respectivement tangentes à un cercle générateur fictif interne C1 et à un cercle générateur fictif externe C2, le premier tronçon correspondant à une portion de la première ligne génératrice et le second tronçon à une portion de la seconde ligne génératrice.
La première section 4 et le premier tronçon 6, forment donc des éléments « centraux », ou « internes » du rotor 2, tandis que la seconde section 5 et le second tronçon 7 forment des éléments « périphériques » ou « externes » dudit rotor, globalement situés à une distance plus importante de l'axe de rotation (ZZ') que les éléments centraux.
Par l'expression « sensiblement tangente », on indique que la première ligne génératrice L1 , respectivement la seconde ligne génératrice L2, est sensiblement orthogonale au rayon du premier, respectivement du second, cercle générateur en son point de contact avec ledit cercle générateur, c'est- à-dire que l'angle formé, dans le plan (P), entre ladite ligne génératrice et le rayon du cercle générateur correspondant est compris entre 80° et 100°, de préférence entre 85° et 95°, de façon encore plus préférentielle entre 88° et 92°, et de façon particulièrement préférentielle sensiblement égal à 90°. Bien entendu, l'intrados 31 présente de préférence une forme globalement concave vis-à-vis du sens d'admission du courant de fluide F incident, de manière à capter et canaliser ledit courant de fluide vers le sein du rotor 2 et ainsi en tirer le maximum d'énergie.
Selon l'invention, au moins une portion (de hauteur non nulle), et de préférence au moins la moitié, voire la totalité, de l'intrados 31 est générée géométriquement par le tracé de base correspondant à son intersection avec le plan (P) lorsque ledit tracé balaye en translation une ligne d'extrusion sensiblement parallèle à l'axe (ZZ') de rotation.
Bien qu'il soit envisageable que ladite ligne d'extrusion soit légèrement inclinée par rapport audit axe de rotation (ZZ'), et notamment selon un angle inférieur ou égal à 10°, de préférence inférieur ou égal à 5°, et de façon particulièrement préférentielle inférieur ou égal à 2°, ladite ligne d'extrusion est de préférence, au moins sur une portion de hauteur non nulle de l'aube 3, parallèle à l'axe de rotation (ZZ'), c'est-à-dire normale au plan (P).
Par ailleurs, il est envisageable que ladite ligne d'extrusion présente une légère courbure et/ou des ondulations, dès lors qu'elle est globalement sensiblement parallèle à l'axe de rotation (ZZ'). En d'autres termes, la surface de l'intrados 31 pourra être légèrement striée, cannelée, ou bombée dans le sens de sa hauteur, sans sortir du cadre de la présente invention.
Toutefois, de façon particulièrement préférentielle, la ligne d'extrusion est rectiligne et verticale, la première et la seconde section 4, 5 de l'intrados 31 se présentant alors sous la forme de sections planes sensiblement parallèles à l'axe de rotation (ZZ'), tel que cela est illustré notamment sur les figures 5, 7 ou 13. De préférence, le diamètre D2 du second cercle générateur C2 est sensiblement égal au diamètre hors-tout (D) du disque dans lequel s'inscrit la surface balayée par le rotor 2 lorsque celui-ci effectue une révolution complète autour de son axe de rotation (ZZ').
En d'autres termes, le second cercle générateur C2 délimite sensiblement l'encombrement projeté au sol du dispositif 1.
D'autre part, le diamètre D1 du premier cercle générateur C1 est de préférence compris entre 0,1 et 0,9 fois le diamètre D2 du second cercle générateur C2, de façon préférentielle compris entre 0,4 et 0,6 fois le diamètre D2, et de façon particulièrement préférentielle sensiblement égal à 0,5 fois le diamètre D2 dudit second cercle générateur C2.
En effet, l'inventeur a constaté lors d'essais qu'il obtenait un rendement, ou « coefficient de puissance », particulièrement élevé lorsque le diamètre du premier cercle générateur C1 était sensiblement égal au rayon du second cercle générateur C2.
Par ailleurs, la forme, et notamment la courbure, de la première et de la seconde ligne génératrice, L1 , L2 ne sont nullement limitées.
Ainsi, il est envisageable que l'une et/ou l'autre desdites lignes génératrices L1 , L2 soient formées par des droites, de telle sorte que le premier tronçon 6 et/ou le second tronçon 7 peuvent être sensiblement rectilignes.
De même, il est envisageable que la première et/ou la seconde ligne génératrice L1 , L2 soient courbes, et notamment formées par un cercle ou une ellipse, de telle sorte que le premier et/ou le second tronçon soient sensiblement incurvés. Selon une variante de réalisation préférentielle, la courbure du premier tronçon 6 est toutefois strictement supérieure au rayon du second cercle générateur C2.
Bien entendu, lorsque les tronçons sont incurvés, leurs courbures se situent de façon particulièrement préférentielle dans le sens inverse du sens de rotation du rotor 2, c'est-à-dire que lesdits tronçons présentent un profil concave vis-à-vis du sens d'admission du courant de fluide incident.
Selon une variante de réalisation particulièrement préférentielle illustrée notamment sur les figures 1 , 4, 5, 7, ou 10 à 13, la courbure du premier tronçon diffère de celle du second tronçon, et, plus précisément, le premier tronçon 6 est sensiblement rectiligne tandis que le second tronçon 7 est sensiblement incurvé, ledit second tronçon 7 étant ainsi dirigé sensiblement dans le « sillage » de l'extrémité du premier tronçon 6 en considération du sens de rotation du rotor.
II est remarquable que dans une telle configuration, la première et la seconde ligne génératrice L1 , L2 sont non seulement distinctes mais également non superposables.
En observant cette forme, on comprend que la force du courant de fluide tend à se concentrer à l'extrémité de l'aube, au meilleur endroit pour générer un couple important, c'est-à-dire à l'endroit où l'on bénéficie du plus grand bras de levier possible.
L'inventeur a obtenu des résultats encourageants en choisissant une courbure du second tronçon égale à 0,02 x π x D2, avec D2, le diamètre du second cercle générateur, égal au diamètre hors-tout D. Par ailleurs, la longueur e2 du second tronçon 7 (périphérique) est de préférence inférieure ou égale à celle el du premier tronçon 6 (central), le rapport de longueur entre le premier et le second tronçon r = e1/e2 étant de préférence compris entre 6 : 1 (le premier tronçon étant six fois plus long que le second) et 10 : 1 , et de façon particulièrement préférentielle sensiblement égal à 8 : 1.
Bien entendu, l'homme du métier sera à même d'apprécier, soit par une campagne de d'essais, soit par une simulation numérique, les longueurs et courbures optimales des premier et second tronçons.
Par ailleurs, bien que la première section 4 et la seconde section 5 puissent être séparées, de manière à former des sortes d'ailettes, elles sont de préférence sensiblement jointives, et plus particulièrement venues de matière l'une avec l'autre, de telle sorte que l'aube 3 est de préférence monobloc, les premier et second tronçons 6, 7 étant ainsi aboutés.
Le cas échéant, le premier et le second tronçon peuvent être reliés par un tronçon intermédiaire formant par exemple un congé de raccordement.
En particulier, l'aube 3 peut être réalisée par pliage, thermoformage ou moulage d'une plaque à base d'un matériau métallique, plastique, ou composite (tel que la fibre de carbone), ou encore dans un matériau textile tel que celui utilisé pour les gréements de voiliers.
Avantageusement, il est ainsi possible de fabriquer à faible coût des aubes de faible épaisseur, donc légères, et qui peuvent toutefois présenter une bonne rigidité structurelle. De préférence, tel que cela est illustré sur les figures, le rotor 2 comporte une pluralité d'aubes 3, 103, 203, 303, 403, 503, et de préférence au moins trois aubes.
De préférence, lesdites aubes sont sensiblement identiques, c'est-à-dire que leurs tracés respectifs dans le plan (P) sont sensiblement superposables, lorsqu'on les « rabat » angulairement les uns sur les autres autour de l'axe (ZZ').
En particulier, le rotor 2 pourra comprendre trois aubes, tel que cela est illustré sur la figure 3A, quatre aubes tel que cela est représenté sur la figure 3B, six aubes tel que cela est représenté sur les figures 1 et 3D, et de façon particulièrement préférentielle cinq aubes, tel que cela est représenté notamment sur les figures 3C, 4 et 5.
A ce titre, les inventeurs ont constaté qu'un rotor comprenant cinq aubes présentait un excellent rendement énergétique.
Bien entendu, les aubes sont de préférence réparties de manière sensiblement équidistantes, selon un pas angulaire constant autour de l'axe de rotation (ZZ'), notamment pour assurer un bon équilibrage de la turbine et une relative continuité du couple fourni au rotor donc de la vitesse de rotation de ce dernier.
Ainsi, les aubes sont tracées à partir de deux séries de lignes génératrices tangentielles L1 , L2 respectivement tangentes à un cercle générateur fictif interne C1 et à un cercle générateur fictif externe C2.
Il est remarquable que les secondes lignes génératrices des différentes aubes peuvent alors dessiner un polygone régulier circonscrit au second cercle générateur (par exemple, un triangle dans le cas d'une turbine tri- aubes, ou un pentagone dans le cas d'un rotor à cinq aubes).
Eventuellement, il est envisageable de faire coexister au sein d'un même dispositif 1 plusieurs jeux d'aubes comprenant chacun plusieurs aubes identiques entre elles mais différentes de celles des autres jeux.
De préférence, le rotor 2 comprend par ailleurs un espace central 10 dégagé qui est vierge d'aubes.
En d'autres termes, le centre du rotor correspond de préférence à une région de l'espace, d'un volume déterminé, avec lequel n'interfère aucune aube, de telle sorte que la circulation du fluide au sein du rotor depuis l'aube d'admission par lequel il pénètre dans le rotor jusqu'à une aube d'expulsion sensiblement opposée par laquelle il ressort dudit rotor est facilitée.
Plus précisément, l'espace central dégagé 10 peut s'étendre au moins selon un volume cylindrique dont l'axe correspond à l'axe de rotation (ZZ') et dont la base circulaire présente un diamètre de dégagement D3 qui est supérieur ou égal au diamètre du premier cercle générateur C1.
Ainsi, tel que cela est illustré sur la figure 1 , le diamètre de dégagement D3 pourra être égal au diamètre D1 du premier cercle générateur C1 lorsque l'extrémité proximale M3, M103, M203, M303, M403, M503 du premier tronçon des différentes aubes 3, 103, 203, 303, 403, 503, qui correspond au bord interne respectif de chacune desdites aubes le plus proche de l'axe de rotation (ZZ'), est confondu avec le point d'intersection des premières lignes génératrices desdites aubes avec le premier cercle générateur C1.
Toutefois, tel que cela est illustré sur la figure 4, le diamètre de dégagement D3 pourra être strictement supérieur au diamètre D1 du premier cercle générateur C1 lorsque le point de départ du premier tronçon de chaque aube, correspondant au bord de ladite aube le plus proche de l'axe de rotation (ZZ'), est situé en retrait sur la portion de première ligne génératrice comprise entre le point de jonction de ladite ligne génératrice avec le premier cercle générateur d'une part et le second tronçon d'autre part, c'est-à-dire lorsque les premières sections des aubes sont « rognées » dans leur partie centrale.
Plus particulièrement, lorsque le rotor comprend au moins trois aubes, et notamment cinq aubes en référence à la figure 4, le premier tronçon de chaque aube est de préférence agencé de telle sorte qu'il se trouve entièrement compris dans le demi-plan situé au-delà, par rapport à l'axe de rotation (ZZ'), d'une ligne droite (AB) passant par l'extrémité proximale A du premier tronçon 106 de l'une des aubes 103 qui lui sont immédiatement voisines (par exemple l'aube située « à sa gauche ») et par l'extrémité distale B du second tronçon 407 de l'autre aube 403 (l'aube située « à sa droite ») qui lui est également immédiatement voisine.
Au sens de l'invention, on désigne par « proximal » un élément interne du rotor proche de l'axe de rotation (ZZ'), par opposition à un élément « distal » situé en périphérie dudit rotor 2.
Avantageusement, un tel agencement facilite le transfert de fluide moteur depuis une aube 103 située « à gauche » de l'aube considérée 3 vers l'aube opposée située « à droite » de ladite aube considérée. Plus précisément, on évite qu'une aube intermédiaire 3 ne constitue une chicane venant perturber ou faire obstruction au jet de fluide ayant pénétré par une aube d'admission 103 et ayant traversé le rotor 2, lorsque celui-ci est canalisé par le premier tronçon de ladite aube d'admission 103 qui pointe sensiblement vers la partie de l'aube « de droite » 403 la plus efficace pour la poussée, c'est-à-dire le second tronçon 407 de cette dernière auquel correspond un important bras de levier par rapport à l'axe de rotation (ZZ').
En d'autres termes, dans une configuration angulaire donnée (instantanée) du rotor par rapport au courant de fluide, les aubes intermédiaires ne doivent de préférence pas dresser leur « pied » proximal entre la ou les aubes d'admission, et les seconds tronçons des aubes d'expulsion opposées.
Ainsi, la définition de la longueur des premier et second tronçons des aubes, c'est-à-dire la « largeur» desdites aubes, résulte de préférence d'un compromis entre d'une part une valeur réduite, le premier tronçon se trouvant significativement en retrait de l'axe de rotation (ZZ'), ce qui permet non seulement de réduire le poids des aubes mais également de diriger l'énergie du courant de fluide vers la périphérie de la turbine et non vers son centre de manière à bénéficier d'un couple maximal, et, d'autre part, une valeur suffisante pour que, quel que soit l'angle d'incidence du courant de fluide, les aubes se chevauchent suffisamment de manière à ce que la surface projetée de leurs intrados respectifs dans un plan normal à la direction d'incidence dudit courant de fluide ne présente pas de jour ou d'interstice à travers lequel ledit courant de fluide pourrait traverser le rotor sans rencontrer d'aubes, ce qui reviendrait à ne pas exploiter une partie de l'énergie dudit courant de fluide.
Par ailleurs, selon une caractéristique qui peut constituer une invention en tant que telle, indépendamment de la disposition tangentielle du second tronçon 7 par rapport au second cercle générateur C2 ou du premier tronçon 6 par rapport au premier cercle générateur C1 , le dispositif 1 comprend des moyens de réglage directionnel 20 du second tronçon 7 conçus pour modifier l'orientation azimutale α du second tronçon 7 autour d'un axe d'articulation (Z1Z1') sensiblement parallèle à l'axe de rotation (ZZ'). Ainsi, tel que cela est illustré sur la figure 16, il est avantageusement possible d'ajuster la direction d'expulsion du fluide hors du rotor par rapport à une direction tangente au second cercle générateur C2. Ceci a pour effet de modifier sensiblement l'orientation de l'effort de poussée T exercé par ledit fluide à l'extrémité de l'aube correspondante.
Plus particulièrement, il est ainsi envisageable d'orienter le jet de fluide selon une direction « rentrante » L2', représentée en trait plein sur la figure 16, ou encore selon une direction « sortante » L2", représentée en pointillés sur ladite figure 16.
Au sens de l'invention, les moyens de réglage directionnel 20 constituent des moyens de réglage fixes, c'est-à-dire permettent le maintien de l'angle d'azimut α sensiblement à une valeur constante au cours d'une même révolution ou de plusieurs révolutions du rotor 2.
Il est envisageable que les moyens de réglage directionnel 20 permettent, notamment en cas d'emballement du dispositif par vent fort, un relâchement « total » du second tronçon 7, c'est-à-dire son alignement avec le premier tronçon de sorte à réduire l'intensité de la poussée T exercée par le courant de fluide sur l'aube, et par conséquent la vitesse de rotation du rotor 2 et la puissance du dispositif 1.
Toutefois, en fonctionnement normal, le réglage d'azimut correspond au plus à une variation relativement faible d'orientation, de telle sorte que le second tronçon reste porté par une seconde ligne génératrice sensiblement tangente au second cercle générateur C2.
Ainsi, l'angle d'azimut α est de préférence sensiblement compris entre plus ou moins 10°, de façon préférentielle entre plus ou moins 5°, et de façon particulièrement préférentielle entre plus ou moins 2°. L'inventeur a en effet remarqué qu'une modification infime dans l'orientation des portions terminales des aubes, notamment autour de sa position tangente, pouvait modifier sensiblement le rendement énergétique du dispositif 1 conforme à l'invention.
Les moyens de réglage directionnel 20 permettent par conséquent avantageusement de moduler le coefficient de conversion de l'énergie cinétique du fluide en énergie mécanique du rotor 2, et ainsi d'adapter la puissance du dispositif 1 d'une part au besoin énergétique de l'utilisateur, et d'autre part aux conditions, notamment météorologiques, selon lesquelles le courant de fluide est délivré au dispositif 1.
Le moyen de réglage directionnel 20 peut notamment être conçu pour modifier la configuration de l'aube par déplacement de tout ou partie de la seconde section 5 s'articulant en liaison pivot, à la manière d'un volet, par rapport à la première section 4.
Le moyen de réglage directionnel 20 peut également être conçu pour contraindre l'aube de sorte à la déformer élastiquement, et notamment modifier la courbure de la jonction entre la première et la seconde section.
Selon une variante de réalisation non représentée, plusieurs aubes, et de préférence la totalité des aubes 3, 103, 203, 303, 403, 503 sont pilotées simultanément par les moyens de réglage directionnel 20 de telle sorte que le second tronçon de chacune des aubes soit orienté par rapport au premier tronçon auquel il est associé de manière identique et simultanée.
A cet effet, il est notamment envisageable de recourir à un système d'embiellage comportant par exemple un disque rainure monté à rotation autour de l'axe (ZZ') relativement aux premiers tronçons des différentes aubes, ledit disque étant pourvu de rainures destinées à coopérer avec des doigts de manœuvre fixés respectivement à l'extrémité libre (bord distal) de chacune des secondes sections des aubes, de telle sorte que la rotation relative du disque de manœuvre par rapport au support des premiers tronçons entraîne le déplacement centrifuge ou centripète des doigts de manœuvre.
Tel que cela est représenté notamment dans la figure 7, le rotor 2 comporte de préférence au moins un module 30, 30a, 30b formé par l'assemblage d'une ou plusieurs aubes 3, 103, 203, 303, 403, 503 sur au moins une structure porteuse 31 disposée transversalement, et de préférence sensiblement normalement, à l'axe de rotation (ZZ').
Ainsi, on peut créer une structure modulaire, le rotor se présentant sous forme d'une sorte de tambour constituant un module élémentaire de turbine à la fois rigide et léger.
Selon une variante de réalisation illustrée sur la figure 12, la structure porteuse 31 comprend un réseau de barres 34, 35 formant une armature ajourée.
Ainsi, il est possible de créer une sorte de squelette formant une structure rigide et légère sur laquelle sont rapportées les aubes. Bien entendu, les barres 34, 35 peuvent être formées à l'aide de barres pleines, de plats, de poutres, d'arceaux, de profilés assemblés par un procédé quelconque tel que soudage, boulonnage, rivetage, emmanchement etc.
De préférence, tel que cela est représenté à la figure 12, un arbre 33 solidaire du rotor et matérialisant l'axe de rotation (ZZ') pourra présenter un profil carré ou à tout le moins des méplats offrant une prise stable à un premier réseau de barres centrales 34, disposées en croisillon ou en étoile et formant des rayons joignant ledit arbre 33 à un second réseau de barres périphériques 35, lequel épouse de préférence le tracé des aubes.
Selon une autre variante de réalisation illustrée sur les figures 5, 7, 8 et 9, la structure porteuse 31 comprend au moins deux plateaux 36, 37, pleins ou ajourés, distants l'un de l'autre et présentant chacun un contour, considéré dans le sens de leur épaisseur, qui est au moins partiellement conjugué au tracé des aubes, de telle sorte que lesdites aubes puissent venir en appui contre le chant dudit contour.
En outre, l'un ou l'autre des plateaux 36, 37 comporte de préférence des organes raidisseurs 40 destinés à améliorer sa rigidité.
De préférence, lesdits organes raidisseurs 40 sont formés par des languettes 41 venues de matière avec le plateau correspondant et pliées sensiblement à angle droit par rapport à ce dernier.
En outre, l'un ou l'autre des plateaux 36, 37 peut comporter des pattes de fixation 42, de préférence résultant de la découpe et du pliage des languettes 41 , et destinées à coopérer avec des fentes 43 ménagées dans les aubes pour permettre l'enfilement et la fixation desdites aubes sur les plateaux.
Avantageusement, un tel agencement permet de réaliser l'essentiel du module 30 par des procédés de tôlerie (découpe, pliage, emboutissage, crevage...) particulièrement simples et bon marché.
Selon une variante de réalisation illustrée par la figure 7, l'arbre 33 est remplacé par un mât fixe et la structure porteuse 31 est montée en liaison pivot autour dudit mât, par exemple au moyen de roulements à billes 44 éventuellement bloqués par des bagues d'arrêt amovibles 45. Ainsi, il est possible d'empiler facilement un ou plusieurs modules 30, 30a, 30b.
Selon une variante de réalisation, le dispositif 1 peut comporter au moins un premier module 30a et un second module 30b superposés de manière sensiblement coaxiale.
Lesdits modules peuvent notamment être pourvus de moyens d'accouplement 46 destinés à les assujettir l'un à l'autre et/ou à relier l'un desdits modules, de préférence celui situé à la base de la pile ainsi constituée, à un moyen d'entraînement tel qu'un pignon 47 ou une poulie, de préférence séparé du plateau inférieur 37 au moyen d'une ou plusieurs entretoises 48.
Selon une telle configuration, le premier et le second module présenteront une rotation synchrone.
Selon une autre variante de réalisation, le dispositif 1 comporte au moins un premier et un second module 30a, 30b juxtaposés de telle sorte que leurs axes de rotation respectifs soient distincts et sensiblement parallèles.
Selon une variante de réalisation, tel que celle illustrée sur la figure 10, les deux modules juxtaposés peuvent être contrarotatifs.
Selon une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 11 , les deux modules juxtaposés peuvent au contraire être agencés pour tourner dans le même sens.
Dans l'un et l'autre cas, le dispositif comprend de préférence au moins un déflecteur 50 (ou « écran ») conçu pour masquer au moins en partie la portion du rotor qui remonte à contre-courant du fluide. On évite ainsi de créer un couple de freinage du rotor (qui tendrait à réduire le rendement du dispositif malgré la forme de préférence globalement convexe de l'extrados des aubes).
Tel que cela est illustré sur les figures 11 ou 13, ledit déflecteur 50 peut notamment se présenter sous la forme d'un quart de cylindre masquant les aubes remontantes.
En outre, lorsqu'un premier et un second module sont juxtaposés, le déflecteur 50 du premier module 30a peut être agencé pour guider une partie du courant de fluide F vers le second module 30b, tel que cela est illustré sur la figure 11.
Ainsi, avantageusement, le déflecteur 50 non seulement protège les aubes remontantes pour empêcher le courant de fluide de freiner le rotor, mais achemine le fluide vers la zone d'admission découvrant les aubes motrices du module voisin.
Avantageusement, la réduction de la section d'écoulement induite par la présence de déflecteurs 50 favorise l'accélération du courant de fluide à l'approche de la partie réceptrice des rotors.
En particulier, dans le cas de rotors juxtaposés contrarotatifs, le dispositif peut avantageusement comporter au moins une paire de déflecteurs 50 agencés pour définir un couloir convergent 51 qui guide le courant de fluide F vers une zone d'admission 52 commune au premier et au second module.
Bien entendu, les déflecteurs 50 peuvent être de forme concave, convexe, plate, ou ondulée. Selon une variante de réalisation, il est envisageable de combiner la superposition de modules 30a...3Ov en colonnes avec la juxtaposition en parallèle des colonnes ainsi obtenues afin de créer des murs de captage de l'énergie, soit du vent soit des courants marins.
Avantageusement, l'agencement d'un dispositif 1 conforme à l'invention selon un mur permet d'exploiter, notamment à l'aide des déflecteurs 50 susmentionnés, la totalité du courant de fluide, et notamment du vent, traversant la surface correspondante, à la différence des champs d'éoliennes à hélices qui laissent passer, et donc perdre, une partie du courant de fluide entre lesdites éoliennes.
Or, à titre indicatif, il existe en Europe d'immenses étendues de surfaces maritimes où la vitesse moyenne du vent est supérieure à 9 m/s (environ 32 km/h), ce qui correspond à une puissance théorique de plus de 800 WVm2.
Un mur éolien de 50 m de hauteur et 100 m de longueur, qui aurait donc une surface réceptrice de 5 000 m2, en considérant que ses turbines auraient un rendement de l'ordre de 38 %, produirait 1 ,5 MW d'énergie.
En considérant une surface océanique de 10 km par 10 km sur laquelle seraient disposées 2 000 unités de 1 ,5 MW chacune en enfilade tous les 500 m, l'ensemble fournirait l'équivalent de 3 000 MW, ce qui correspond à la puissance de deux centrales nucléaires sans en présenter les inconvénients écologiques.
De même, un courant marin qui se déplace à la vitesse de 1 m/s véhicule 500 W/m2, soit 2,5 MW pour 5 000 m2 de surface réceptrice. Les courants qui se déplacent à 2 m/s disposent d'une énergie cinétique huit fois plus importante, soit 20 MW pour 5 000 m2 de surface réceptrice. Il est par conséquent envisageable d'exploiter des courants marins, comme le gulf stream, qui ont des vitesses comprises entre 1 ,2 et 2,7 m/s, ainsi que les courants locaux dus aux marées ou encore les courants provoqués par le déferlement des vagues.
Selon une variante de réalisation illustrée à la figure 14, le dispositif 1 comprend une station de stabilisation 60 immergée dans une étendue d'eau, telle que la mer, et à laquelle est fixé un stator par rapport auquel le rotor 2 est monté mobile à rotation autour de son axe (ZZ').
Ladite station de stabilisation 60 comporte d'une part des caissons de sustentation 61 renfermant un fluide moins dense que l'eau, tel que de l'air, et d'autre part des amarres 62 (par exemple attachées à des bornes d'ancrage situées au fond de l'étendue d'eau) et/ou des lests 63 reliés audits caissons de sustentation pour s'opposer à leur déplacement.
La station de stabilisation 60 est ainsi conçue flotter entre deux eaux tout en restant captive à la fois verticalement et latéralement, les amarres et les lests s'opposant d'une part à la poussée d'Archimède qui s'exerce sur les caissons de sustentation et tend à la rappeler vers la surface, et d'autre part à sa dérive latérale sous l'effet des courants et de la houle.
De préférence, certains au moins des caissons de sustentation 61 sont formés par des piliers creux sensiblement verticaux, qui peuvent encadrer un empilement de modules 30l...30v immergés.
Avantageusement, une telle structure n'a pas besoin d'un mât scellé sur les fonds, et peut donc être stabilisée, afin de ne pas subir violemment les mouvements de la houle, au moyen de caissons et tubes immergés, maintenus verticaux sous la surface de flottaison par des lests 64, des amarres 65 et la force d'Archimède. Selon une variante de réalisation, tel que cela est représenté sur la figure 14, le dispositif comporte à la fois une portion émergée 66 comprenant un ou plusieurs modules aériens 30a...30k empilés les uns sur les autres et conçus pour capter l'énergie du vent, et/ou d'autre part une portion immergée 67 comportant un ou plusieurs modules 30l...30v formant une colonne conçue pour capter l'énergie des courants de la masse d'eau mouvante. Le dispositif 1 peut ainsi former une sorte de bouée 65 dont la station stabilisatrice constitue une sorte de quille d'équilibrage (notamment en roulis et/ou en tangage).
Selon une autre variante de réalisation, le dispositif 1 peut être monté sur un édifice 70 quelconque, à usage ornemental, industriel, commercial, d'habitation ou de soins, ledit dispositif 1 étant alors agencé de manière à assurer au moins en partie l'alimentation d'énergie électrique, mécanique ou thermique dudit édifice 70.
A cet effet, l'arbre 33 de la turbine pourra avantageusement être couplé à une unité de conversion et/ou de stockage énergétique, tel qu'un alternateur.
Avantageusement, une telle intégration permet de limiter l'impact environnemental de l'édifice 70 et de conférer à ce dernier une certaine autonomie énergétique.
Selon une variante de réalisation illustrée à la figure 15 reprenant le concept du « mur », il est également envisageable de constituer des immeubles d'habitation intégrant dans leur structure des colonnes d'éoliennes géantes 71 juxtaposées, les parties d'habitation 72 étant aménagées dans les zones correspondant aux déflecteurs 50.
Bien entendu, un tel bâtiment serait disposé en fonction des vents dominants balayant la zone concernée. Enfin, selon un autre mode de réalisation d'un dispositif 1 conforme à l'invention (non représenté), ce dernier peut être monté sur un moyen de locomotion terrestre, aquatique ou aérien et agencé pour produire ou extraire au moins une partie de l'énergie nécessaire au déplacement dudit moyen de locomotion.
Ainsi, on peut imaginer un véhicule de type automobile, train, bateau, ou autre, capable par exemple de produire et de stocker de l'énergie électrique destinée à sa propulsion, ou encore, dans le cas. d'un navire, d'extraire l'hydrogène de l'eau afin d'alimenter un moteur à combustion ou une pile à combustible.
Bien entendu, le dispositif 1 conforme à l'invention peut être décliné dans une grande variété de dimensions, depuis une petite éolienne individuelle à monter soi-même destinée aux particuliers jusqu'à une éolienne géante intégrée dans un édifice de type immeuble ou barge.
A ce titre, il est remarquable que la structure particulièrement simple, compacte et modulable du dispositif 1 , les matériaux particulièrement bon marché constituant les aubes, notamment lorsque celles-ci sont en toile, contribuent à réduire significativement le prix de revient du dispositif et à simplifier son installation.
Un procédé de captage de l'énergie d'un courant de fluide conforme à l'invention va maintenant être décrit.
Au cours du procédé de captage conforme à l'invention, on amène un courant de fluide F à circuler transversalement au contact d'un rotor 2 d'axe de rotation (ZZ') pourvu d'au moins une aube 3. Plus précisément, on amène ledit fluide par abord latéral sur ledit rotor, de telle sorte que celui-ci vienne percuter ladite aube 3.
Selon une caractéristique importante de l'invention, ledit procédé de captage comprend une étape (a) d'engagement au cours de laquelle on fait passer ledit courant de fluide le long de l'intrados 31 de ladite aube suivant un chemin d'écoulement dont le tracé, défini par l'intersection de ladite aube 3 avec un plan (P) normal à l'axe de rotation (ZZ'), présente au moins un premier tronçon 6 qui est porté par une première ligne génératrice L1 sensiblement tangente à un premier cercle générateur C1 lui-même sensiblement centré sur l'axe de rotation (ZZ'), ainsi qu'un second tronçon 7 qui est porté par une seconde ligne génératrice L2, distincte de la première ligne L1 et sensiblement tangente à un second cercle générateur C2, lui- même sensiblement concentrique au premier cercle générateur C1 et de diamètre D2 supérieur au diamètre D1 de ce dernier.
Plus précisément, au cours de l'étape d'engagement (a), le courant de fluide F percute le bord extérieur de l'aube 3 qui correspond au second tronçon 7, de telle sorte qu'il est guidé et rabattu le long du second tronçon puis du premier tronçon qui le jouxte vers le centre du rotor, en transférant une partie de son énergie cinétique sous forme de poussée contre la première aube 3 (ou « aube d'admission »).
Le courant de fluide poursuit sa course en traversant l'espace central 10 librement, sans rencontrer d'aubes intermédiaires « parasites » formant une chicane de nature à contrarier son écoulement. Une fois l'espace central 10 franchi, le courant de fluide engage l'une ou l'autre des aubes 203, 303 opposées à son aube d'admission, ou « aubes d'expulsion », qu'il parcourt dans le sens allant du premier tronçon interne vers le second tronçon périphérique, d'où il est finalement expulsé, selon une direction sensiblement tangente au second cercle générateur C2, ce qui a pour effet de générer un effort de poussée sur lesdites aubes d'expulsion.
Bien entendu, la poussée générée sur les aubes se traduit, en raison du bras de levier existant entre le point d'application de la poussée et l'axe (ZZ'), par un couple Ç_ qui entraîne le rotor en rotation.
En d'autres termes, le fluide pénètre dans le rotor 2 en circulant successivement le long de la seconde section puis de la première section de l'aube d'admission avant d'engager la première section puis la seconde section d'une ou plusieurs aubes d'expulsion opposées pour finalement ressortir dudit rotor. Ainsi, on crée une circulation tourbillonnante entraînant le rotor en rotation.
A ce titre, il est remarquable que le dispositif conforme à l'invention est apte à exploiter même des courants, et notamment des vents, de faible vitesse et de générer un couple beaucoup plus important que celui d'une hélice.
Ainsi, un dispositif 1 conforme à l'invention, bien que tournant jusqu'à trois fois moins vite qu'une hélice, est capable de développer une puissance jusqu'à quatre fois plus importante dans les mêmes conditions d'alimentation en courant de fluide du fait que le couple généré est jusqu'à douze fois plus important.
Par ailleurs, le procédé de captage d'énergie conforme à l'invention peut avantageusement comporter une étape (b) d'ajustement de la géométrie de l'aube au cours de laquelle on modifie la direction du chemin d'écoulement par un réglage de l'orientation azimutale du second tronçon 7 autour d'un axe (Z1Z1') sensiblement parallèle à l'axe de rotation (ZZ'). Avantageusement, l'orientation du jet de sortie du fluide selon une direction proche de la tangente au cercle balayé par les extrémités périphériques des aubes permet d'améliorer le rendement énergétique du rotor, ou, a contrario, de le réduire, notamment par vents forts.
Ainsi, le dispositif conforme à l'invention permet avantageusement de convertir la quasi-totalité de l'énergie récupérable véhiculée par un courant de fluide, et ce au moyen d'un dispositif particulièrement simple, compact, léger, robuste et dont le prix de revient est particulièrement modique.
De façon particulièrement avantageuse, un tel dispositif permet d'exploiter des sources d'énergie renouvelables sans générer de déchets, ni de nuisances, notamment visuelles ou sonores, pour son environnement.
POSSIBILITE D'APPLICATION INDUSTRIELLE
L'invention trouve son application industrielle dans la conception et la fabrication de dispositifs de captage ou de conversion d'énergie.

Claims

REVENDICATIONS
- Dispositif (1), de type turbine, conçu pour capter l'énergie d'un courant de fluide (F), tel qu'un courant d'air ou d'eau, ledit dispositif comprenant au moins un rotor (2) dont l'axe de rotation (ZZ') est destiné à être disposé transversalement par rapport à la direction dudit courant de fluide, ledit rotor (2) étant pourvu d'au moins une aube (3) agencée pour transformer l'énergie mécanique dudit courant de fluide (F) en un couple (C) susceptible d'entraîner le rotor en rotation, ladite aube (3) présentant une surface de poussée (3I), dite " intrados ", s'étendant sensiblement parallèlement audit axe de rotation (ZZ'), ledit dispositif étant caractérisé en ce que l'intrados (3I) comporte une première section (4) et une seconde section (5), et en ce que le tracé matérialisant l'intersection dudit intrados (3I) avec un plan (P)
normal à l'axe de rotation (ZZ') comporte au moins un premier tronçon (6), correspondant à la première section (4), qui est porté par une première ligne génératrice (L1) sensiblement tangente à un premier cercle générateur (C1) lui-même sensiblement centré sur l'axe de rotation (ZZ'), ainsi qu'un second tronçon (7), correspondant à la seconde section (5), qui est porté par une seconde ligne génératrice (L2), distincte de la première ligne génératrice (L1) et sensiblement tangente à un second cercle générateur (C2), lui-même sensiblement concentrique au premier cercle générateur (C1) et de diamètre (D2) supérieur au diamètre (D1) de ce dernier.
- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le premier tronçon (6) possède une courbure strictement supérieure au rayon du second cercle générateur (C2). - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le premier tronçon (6) et/ou le second tronçon (7) est sensiblement rectiligne.
- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le premier et/ou le second tronçon est sensiblement incurvé, de préférence selon un arc de cercle.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le premier tronçon (6) est sensiblement rectiligne, tandis que le second tronçon (7) est sensiblement incurvé.
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le diamètre (D2) du second cercle générateur (C2) est sensiblement égal au diamètre hors-tout (D) du disque dans lequel s'inscrit la surface balayée par le rotor (2) lorsque celui-ci effectue une révolution complète.
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le diamètre (D1) du premier cercle générateur est compris entre 0,1 et 0,9 fois le diamètre (D2) du second cercle générateur, de préférence compris entre 0,6 et 0,8 fois, et de façon particulièrement préférentielle égal à 0,5 fois le diamètre (D2) dudit second cercle générateur.
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le rapport de longueur entre le premier et le second tronçon est compris entre 6 : 1 et 10 : 1 et de préférence sensiblement égal à 8 : 1.
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'aube (3) est monobloc.
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage directionnel (20) du second tronçon (7) conçus pour modifier l'orientation azimutale du second tronçon autour d'un axe d'articulation (Z1Z1') sensiblement parallèle à l'axe de rotation (ZZ').
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le rotor (2) comporte une pluralité d'aubes (3, 103, 203, 303, 403,
503), de préférence entre trois et six aubes, et de façon particulièrement préférentielle cinq aubes.
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le rotor (2) comporte au moins un module (30) formé par l'assemblage d'une ou plusieurs aubes (3, 103, 203, 303, 403, 503) sur au moins une structure porteuse (31), comportant par exemple des plateaux (36, 37) disposés transversalement et de préférence normalement à l'axe de rotation (ZZ').
- Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier et un second module (30a, 30b) superposés de manière sensiblement coaxiale.
- Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier et un second module (30a, 30b) juxtaposés de telle sorte que leurs axes de rotation respectifs soient distincts et sensiblement parallèles.
- Dispositif selon la revendication 14 caractérisé en ce que les deux modules sont contrarotatifs.
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend au moins un déflecteur (50) conçu pour masquer au moins en partie la portion du rotor qui remonte à contre-courant du fluide.
- Dispositif selon les revendications 14 et 16 caractérisé en ce que le déflecteur du premier module (30a) est agencé pour guider une partie du courant de fluide (F) vers le second module (30b).
- Dispositif selon les revendications 15 et 16 caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paire de déflecteurs (50) agencés pour définir un couloir convergent (51) qui guide le courant de fluide (F) vers une zone d'admission (52) commune au premier et au second module (30a, 30b).
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'axe de rotation (ZZ') est sensiblement vertical.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18 caractérisé en ce que l'axe de rotation (ZZ') est sensiblement horizontal.
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il constitue une éolienne.
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 20 caractérisé en ce qu'il constitue une hydrolienne.
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une station de stabilisation (60) immergée dans une étendue d'eau et à laquelle est fixée un stator par rapport auquel le rotor (2) est monté mobile à rotation autour de son axe (ZZ'), ladite station comprenant d'une part des caissons de sustentation (61) renfermant un fluide moins dense que l'eau, tel que de l'air, et d'autre part des amarres (62) et/ou des lests (63) reliés audits caissons de sustentation pour s'opposer à leur déplacement.
- Dispositif selon la revendication 23 caractérisé en ce que certains au moins des caissons de sustentation (61) sont formés par des piliers creux sensiblement verticaux.
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est monté sur un édifice (70) à usage ornemental, industriel, commercial, d'habitation ou de soins, et agencé de manière à assurer au moins en partie l'alimentation en énergie électrique, mécanique ou thermique dudit édifice (70).
- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 24 caractérisé en ce qu'il est monté sur un moyen de locomotion terrestre, aquatique ou aérien et agencé pour produire ou extraire au moins une partie de l'énergie nécessaire à la propulsion dudit moyen de locomotion.
- Procédé de captage de l'énergie d'un courant de fluide (F) au cours duquel on amène un courant de fluide (F) à circuler transversalement au contact d'un rotor (2) d'axe de rotation (ZZ') pourvu d'au moins une aube (3), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte une étape (a) d'engagement au cours de laquelle on fait passer ledit courant de fluide le long de l'intrados (3I) de ladite aube suivant un chemin d'écoulement dont le tracé, défini par l'intersection de ladite aube avec un plan (P) normal à l'axe de rotation (ZZ'), présente au moins un premier tronçon (6) qui est porté par une première ligne génératrice (L1) sensiblement tangente à un premier cercle générateur (C1) lui-même sensiblement centré sur l'axe de rotation (ZZ'), ainsi qu'un second tronçon (7) qui est porté par une seconde ligne génératrice (L2),
distincte de la première ligne génératrice (L1) et sensiblement tangente à un second cercle générateur (C2), lui-même sensiblement concentrique au premier cercle générateur (C1) et de diamètre (D2) supérieur au diamètre (D1) de ce dernier.
- Procédé de captage d'énergie selon la revendication 27 caractérisé en ce qu'il comporte une étape (b) d'ajustement de la géométrie de l'aube au cours de laquelle on modifie la direction du chemin d'écoulement par un réglage de l'orientation azimutale du second tronçon autour d'un axe (Z1Z1') sensiblement parallèle à l'axe de rotation (ZZ').
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