Domaine techniqueTechnical area
Le présent brevet a pour objet des perfectionnements introduits dans des 5 dispositifs capteurs d'énergie éolienne, plus particulièrement ceux à axe vertical, permettant d'obtenir un rendement mécanique élevé et dont les caractéristiques sont détaillées dans la mémoire ci-dessous. The present patent relates to improvements introduced into 5 wind energy sensor devices, more particularly those with a vertical axis, making it possible to obtain a high mechanical efficiency and the characteristics of which are detailed in the memory below.
Antécédents de l'invention.Background to the invention.
En faisant référence à l'état de la technique, les dispositifs existants à l'heure actuelle pour capter l'énergie éolienne et sa transformation en énergie mécanique ou électrique peuvent se classer en fonction de la position de l'axe, vertical ou horizontal, et ces dispositifs présentent tous deux divers inconvénients, cependant surmontables grâce aux perfectionnements du présent brevet. With reference to the state of the art, the devices existing at present for capturing wind energy and its transformation into mechanical or electrical energy can be classified according to the position of the axis, vertical or horizontal, and these devices both have various drawbacks, however overcome thanks to the improvements of this patent.
Il est notoire que les dispositifs actuels à axe horizontal sont généralement d'une hauteur considérable et sont situés dans des zones très élevées et presque toujours sur les mêmes crêtes des montagnes, sierras ou massifs montagneux, modifiant ainsi l'aspect du paysage et nuisant en outre à la faune et plus particulièrement aux espèces volantes de par les grandes pales qui constituent un 20 facteur négatif de l'installation des dispositifs éoliens selon les conditions requises écologiques. Les perfectionnements du présent brevet permettent de construire des dispositifs captant efficacement l'énergie éolienne, d'une hauteur peu élevée et ne nuisant pas aux espèces volantes. It is well known that current devices with a horizontal axis are generally of considerable height and are located in very high areas and almost always on the same mountain ridges, sierras or mountain ranges, thus modifying the appearance of the landscape and causing in addition to the fauna and more particularly to the flying species by the large blades which constitute a negative factor of the installation of the wind devices according to the ecological requirements. The improvements of this patent make it possible to construct devices which efficiently capture wind energy, of a low height and which do not harm flying species.
Les dispositifs actuels à axe horizontal et vertical produisent également un 25 bruit caractéristique lorsque les pales tournent, facteur qui peut être important si on considère l'ensemble d'un parc éolien doté d'une quantité élevée de dispositifs. Les perfectionnements cités permettent de construire un dispositif moins bruyant et ne créant pas de nuisance acoustique si on en installe plusieurs dans une zone déterminée. Pour déterminer l'emplacement des dispositifs actuels pour capter l'énergie éolienne, on doit tenir compte que la force des vents réguliers varie en fonction de l'endroit, de l'heure, des saisons, du climat actuel et de la topographie de l'endroit. Current devices with a horizontal and vertical axis also produce a characteristic noise when the blades rotate, a factor which can be important if we consider the whole of a wind farm with a high quantity of devices. The improvements mentioned make it possible to build a device that is less noisy and does not create any noise pollution if several are installed in a given area. To determine the location of current devices to capture wind energy, it must be taken into account that the strength of regular winds varies according to location, time, seasons, current climate and the topography of the region. 'place.
Cependant, les caractéristiques du dispositif auquel ont été appliqués les perfectionnements, objet de la présente invention, permettent de les placer, sans 35 aucune difficulté et sans réduire leur rendement, dans des zones à vents aussi bien de grande que de faible vitesse et également indépendamment de la direction du -2 vent. Grâce aux perfectionnements de la présente invention, on peut réduire les principaux problèmes des aérogénérateurs à axe vertical, tels que l'usure mécanique et la présence de fréquences de résonances naturelles, comme le fait 5 que le couple de rotation présente des variations à chaque cycle. Un autre problème des dispositifs à axe vertical, également réduit par l'intégration des présents perfectionnements, est que les dispositifs requièrent un démarreur afin de dépasser le couple de démarrage élevé. However, the characteristics of the device to which the improvements, object of the present invention have been applied, make it possible to place them, without any difficulty and without reducing their efficiency, in wind zones of both high and low speed and also independently. from the direction of the -2 wind. Thanks to the improvements of the present invention, it is possible to reduce the main problems of wind turbines with a vertical axis, such as mechanical wear and the presence of natural resonant frequencies, such as the fact that the torque exhibits variations with each cycle. . Another problem with vertical axis devices, also reduced by the integration of the present improvements, is that the devices require a starter in order to exceed the high starting torque.
Le brevet NI P 9300316 pour le "Turbo générateur éolien" présente une 10 grande trémie appliquée à un aérogénérateur à axe horizontal et également utilisé pour les vents de faible vitesse, mais cette grande trémie produit un impact visuel et sonore important. Patent NI P 9300316 for the "Turbo wind generator" presents a large hopper applied to a wind turbine with horizontal axis and also used for low speed winds, but this large hopper produces a significant visual and sound impact.
Le brevet NI P 055984 pour le "Système pour améliorer le rendement d'un aérogénérateur à axe vertical" produit également un impact visuel important car il 15 est plus élevé que les dispositifs aux perfectionnements mentionnés et présente un rendement inférieur. NI patent P 055984 for the "System for Improving the Efficiency of a Vertical Axis Wind Turbine Generator" also produces a significant visual impact since it is higher than the devices with the improvements mentioned and has a lower efficiency.
Résumé de l'invention Les perfectionnements auxquels se réfère la présente invention consistent à 20 appliquer à l'intérieur d'une structure en béton armé des dispositifs pour capter l'énergie éolienne; cette structure étant formée d'un corps à axe vertical avec une disposition spéciale d'une série de canalisations et de persiennes réglables situées de façon adéquate sur le dispositif, le dit corps étant situé sur un pylône d'une hauteur relativement basse et fabriqué également de préférence en béton armé. Summary of the Invention The improvements to which the present invention refers consist in applying to the interior of a reinforced concrete structure devices for harnessing wind energy; this structure being formed by a body with a vertical axis with a special arrangement of a series of pipes and adjustable louvers suitably located on the device, the said body being located on a pylon of a relatively low height and also manufactured preferably reinforced concrete.
Ce dispositif permet de capter de façon optimum la force du vent, car il la recueille et la canalise de façon adéquate, permettant d'obtenir de l'énergie électrique en agissant sur un générateur électrique, ou bien de l'énergie mécanique par application directe sur une boîte de vitesses qui permet l'actionnement de mécanismes relatifs à l'agriculture, l'industrie, et à d'autres utilisations sociales et 30 urbaines. This device makes it possible to optimally capture the force of the wind, because it collects and channels it adequately, making it possible to obtain electrical energy by acting on an electrical generator, or else mechanical energy by direct application. on a gearbox which allows the actuation of mechanisms relating to agriculture, industry, and other social and urban uses.
L'objet donc de la présente invention consiste à pouvoir utiliser l'énergie éolienne de façon avantageuse et rentable, y compris des vents de force très faible sur l'échelle de Beaufort. The object therefore of the present invention is to be able to use wind energy in an advantageous and profitable manner, including winds of very low force on the Beaufort scale.
En outre, cette utilisation s'effectue de façon remarquablement écologique 35 car le principe de capter l'énergie éolienne des perfectionnements introduits est propre, silencieux et de haut rendement mécanique. -3 In addition, this use is carried out in a remarkably ecological manner because the principle of harnessing wind energy from the improvements introduced is clean, silent and of high mechanical efficiency. -3
Brève description des dessins Afin de décrire les divers composants des perfectionnements, objet de la présente invention, des dessins sont adjoints illustrant un exemple non limitatif d'une réalisation pratique o: la Figure 1 est une vue externe frontale d'un des dispositifs des perfectionnements du présent brevet; la Figure 2 est une vue, selon la figure antérieure, sectionnée selon le plan axial, montrant la disposition des différents éléments qu'intègrent les perfectionnements de l'invention; la Figure 3 est une vue sectionnée selon l'axe AA de la figure antérieure, mais selon une réalisation de contour circulaire; la Figure 4 est une vue similaire à celle de la figure antérieure mais selon une réalisation de contour quadrangulaire; la Figure 5 est une section similaire à celle des figures 3 et 4 selon une 15 réalisation de contour triangulaire; la Figure 6 est également une section similaire aux trois figures antérieures selon une autre réalisation de contour hexagonal; et finalement la Figure 7 est une section similaire aux quatre figures antérieures mais selon une autre réalisation de contour octogonal. 20 Description détaillée d'une forme de réalisation préférée Selon les dessins, les perfectionnements introduits dans les dispositifs pour capter l'énergie éolienne à axe vertical sont constitués d'un pylône en béton armé (1) et sur ce dernier repose un corps qui canalise le vent (2) et qui présente une 25 surface latérale ouverte mais délimitée sur tout son contour par des persiennes réglables (3). Brief description of the drawings In order to describe the various components of the improvements, object of the present invention, drawings are attached illustrating a nonlimiting example of a practical embodiment where: FIG. 1 is a front external view of one of the devices of the improvements of this patent; Figure 2 is a view, according to the previous figure, sectioned along the axial plane, showing the arrangement of the various elements that integrate the improvements of the invention; Figure 3 is a sectioned view along the axis AA of the previous figure, but according to an embodiment of circular outline; Figure 4 is a view similar to that of the previous figure but according to an embodiment of quadrangular outline; Figure 5 is a section similar to that of Figures 3 and 4 according to an embodiment of triangular outline; Figure 6 is also a section similar to the three previous figures according to another embodiment of hexagonal outline; and finally Figure 7 is a section similar to the four previous figures but according to another embodiment of octagonal outline. 20 Detailed description of a preferred embodiment According to the drawings, the improvements introduced into the devices for capturing wind energy with a vertical axis consist of a reinforced concrete pylon (1) and on this rests a body which channels the wind (2) and which has an open lateral surface but delimited on its entire contour by adjustable louvers (3).
Le corps qui canalise le vent (2) a une forme en parapluie, sa base étant circulaire ou polygonale comme le montrent les figures 3 à 7, avec une surface à la base supérieure à celle du pylône (1) et la hauteur de ce corps (2) est comprise de 30 préférence entre 2,5 et 3 mètres. The body that channels the wind (2) has an umbrella shape, its base being circular or polygonal as shown in Figures 3 to 7, with a surface at the base greater than that of the pylon (1) and the height of this body (2) is preferably between 2.5 and 3 meters.
La réalisation pratique de ces perfectionnements présentent en principe trois variantes en fonction de la hauteur de la structure formée par le pylône (1) et le corps qui canalise le vent (2). The practical realization of these improvements in principle present three variants depending on the height of the structure formed by the pylon (1) and the body which channels the wind (2).
Une première variante, avec une hauteur de la structure comprise entre 10 35 et 15 mètres, est déterminée par l'endroit o devra se situer le dispositif et par l'énergie que l'on désire capter de la force du vent. 4 A first variant, with a height of the structure between 10 35 and 15 meters, is determined by the place where the device will have to be located and by the energy which it is desired to capture from the force of the wind. 4
Une seconde variante est la structure située à une hauteur comprise entre 5 et 10 mètres selon les mêmes facteurs mentionnés antérieurement. A second variant is the structure located at a height of between 5 and 10 meters according to the same factors mentioned previously.
Et finalement, une troisième variante située à une hauteur inférieure à 5 mètres, pour une installation directe sur les toits des bâtiments industriels, des immeubles et même sur des réservoirs de distribution d'eau par exemple. And finally, a third variant located at a height of less than 5 meters, for direct installation on the roofs of industrial buildings, buildings and even on water distribution tanks for example.
Selon la description antérieure, la marge de travail optimum pour les modèles de hauteur comprise entre 5 et 15 mètres englobe des vitesses de vent comprises entre 5 et 21 mis (18 et 75,6 km/h), en obtenant ainsi des rendements élevés. Ces conditions se trouvent préférentiellement dans les zones maritimes et 10 côtières ainsi que dans les vallées et les hauts plateaux. According to the previous description, the optimum working margin for models of height between 5 and 15 meters includes wind speeds between 5 and 21 m (18 and 75.6 km / h), thereby obtaining high yields. These conditions are found preferentially in the maritime and coastal zones as well as in the valleys and the high plateaus.
Pour le modèle de moindre hauteur, le rendement optimum est établi entre les vitesses de vent comprises entre 4 et 8 m/s (14,4 et 28,8 km/h), minimum et maximum respectivement qui se produisent habituellement en ville et dans des zones ouvertes de l'intérieur. For the lower height model, the optimum efficiency is established between the wind speeds between 4 and 8 m / s (14.4 and 28.8 km / h), minimum and maximum respectively which usually occur in town and in open areas of the interior.
A l'intérieur du corps qui canalise le vent (2), se présentent des cloisons fixes en béton armé (4) qui délimitent les canalisations (5), comme le montrent les figures 3 à 7, de façon à ce qu'elles dirigent le vent provenant de l'extérieur vers un rotor (6) à axe vertical parfaitement centré sur le corps qui canalise le vent(2), le rotor étant formé généralement par 5, 6 ou 8 pales (7). La disposition spéciale des 20 canalisations (5) permet que le vent agisse tangentiellement sur les dites pales (7), favorisant ainsi la rotation du dit rotor (6). Les canalisations (5) présentent, à mesure que le rotor s'approche (6), une réduction progressive de leur section de façon à ce que la zone d'entrée (8) soit une aire beaucoup plus grande que la section de sortie (9) de la canalisation. Cette réduction de section implique une augmentation de la 25 vitesse du vent recueilli dans la zone d'entrée (8). La distribution de ces zones d'entrée (8) tout au long du périmètre du corps (2) permet de capter le vent indépendamment de la direction de ce dernier. Inside the body that channels the wind (2), there are fixed partitions of reinforced concrete (4) which delimit the pipes (5), as shown in Figures 3 to 7, so that they direct the wind coming from the outside towards a rotor (6) with vertical axis perfectly centered on the body which channels the wind (2), the rotor generally being formed by 5, 6 or 8 blades (7). The special arrangement of the 20 pipes (5) allows the wind to act tangentially on the said blades (7), thus promoting the rotation of the said rotor (6). The pipes (5) present, as the rotor approaches (6), a gradual reduction in their section so that the inlet area (8) is a much larger area than the outlet section ( 9) from the pipeline. This reduction in section implies an increase in the speed of the wind collected in the entry zone (8). The distribution of these entry zones (8) along the perimeter of the body (2) makes it possible to capture the wind regardless of the direction of the latter.
En référence aux facteurs de vitesse du vent auparavant cités, on doit mentionner le fait que la surface dans la zone d'entrée (8), de 15 m2 par exemple, 30 permet de recueillir 60m3 d'air par seconde, qui en étant forcé à sortir par la sortie (9) de la canalisation, d'une section de 4m2, produit une augmentation considérable de la vitesse du vent, de l'ordre de 3,75, en faisant en sorte que le vent agisse sur les pales (7) avec une force supérieure à 70 kgm/s2, provoquant la rotation du rotor (6) à un régime compris entre 1,5 et 1,7 tris, une fois soustraites les pertes dues aux 35 frottements. With reference to the wind speed factors previously mentioned, it should be mentioned that the surface in the entry area (8), of 15 m2 for example, 30 collects 60m3 of air per second, which is forced exiting through the outlet (9) of the pipe, of a section of 4m2, produces a considerable increase in the wind speed, of the order of 3.75, making the wind act on the blades ( 7) with a force greater than 70 kgm / s2, causing the rotor (6) to rotate at a speed of between 1.5 and 1.7 tris, once the losses due to friction are subtracted.
Comme on peut l'observer sur la figure 2, aussi bien le sol (10) que le 5 plafond (11) de l'intérieur du corps qui canalise le vent (2) ne sont pas horizontaux, mais légèrement inclinés dans la direction de la zone du rotor (6) afin de réduire la section de la sortie (9) de la canalisation et de faire augmenter la vitesse du vent sur les pales (7). As can be seen in FIG. 2, both the floor (10) and the ceiling (11) of the interior of the body which channels the wind (2) are not horizontal, but slightly inclined in the direction of the rotor area (6) in order to reduce the section of the outlet (9) of the pipe and to increase the wind speed on the blades (7).
Les corps étrangers qui passent entre les grilles des persiennes (3) sortent du corps qui canalise le vent (2) de par leur propre poids grâce à l'inclinaison auparavant mentionnée du sol (10) et que la persienne (3) ne se ferme pas complètement sur sa partie inférieure (3') comme le montrent les figures 1 et 2. De plus cette disposition spéciale permet de capter d'autant mieux l'énergie des vents 10 de faible vitesse qui se produisent à la fin de fortes rafales de vent. The foreign bodies which pass between the grids of the shutters (3) leave the body which channels the wind (2) by their own weight thanks to the previously mentioned inclination of the ground (10) and that the shutter (3) does not close not completely on its lower part (3 ′) as shown in FIGS. 1 and 2. In addition, this special arrangement makes it possible to better capture the energy of low speed winds 10 which occur at the end of strong gusts of wind.
Le dit corps qui canalise le vent (2) est protégé par un revêtement (12) en forme de parapluie, pourvu d'une corniche saillante (13) située sur tout le périmètre afin de protéger les persiennes (3) des éléments externes tels que la neige et l'eau. The said body which channels the wind (2) is protected by a covering (12) in the form of an umbrella, provided with a projecting cornice (13) located around the entire perimeter in order to protect the shutters (3) from external elements such as snow and water.
Le revêtement (12) est pourvu d'une zone centrale supérieure ou d'une calotte (14) 15 transparente qui permet le passage des rayons du soleil vers le rotor (6), permettant ainsi de chauffer les bords des pales (7) et le fond plat (7') dment poli. Ce chauffage produit l'augmentation de la température de l'air qui s'y trouve, produisant ainsi son déplacement vers la partie supérieure du rotor (6), créant automatiquement un flux d'air depuis l'extérieur du dispositif vers le dit rotor (6). De 20 cette façon, on peut réduire le couple élevé du démarrage des dispositifs capteurs d'énergie éolienne à axe vertical. The covering (12) is provided with an upper central zone or with a transparent cap (14) which allows the passage of the rays of the sun towards the rotor (6), thus making it possible to heat the edges of the blades (7) and the flat bottom (7 ') duly polished. This heating produces an increase in the temperature of the air therein, thereby producing its displacement towards the upper part of the rotor (6), automatically creating a flow of air from outside the device to said rotor. (6). In this way, the high starting torque of the vertical axis wind energy sensor devices can be reduced.
Le rotor (6) est couplé à une boîte de vitesses multiplicatrice (15) par l'essieu (16). La boîte multiplicatrice (15), convenablement refroidie à l'huile et de type planétaire, électronique et automatique, fait qu'un générateur électrique (17) tourne 25 à sa vitesse nominale et atteigne des puissances de l'ordre de 300 kW. A son tour, le dit générateur (17) est refroidi de préférence par de l'eau ou du glycol. Dans cette disposition, non représentée sur les dessins, la boîte multiplicatrice (15) actionne divers mécanismes relatifs à l'agriculture, aux installations industrielles ou à d'autres utilisations sociales et urbaines. The rotor (6) is coupled to a multiplier gearbox (15) by the axle (16). The multiplier box (15), suitably oil-cooled and of planetary type, electronic and automatic, causes an electric generator (17) to turn at its nominal speed and reach powers of the order of 300 kW. In turn, said generator (17) is preferably cooled with water or glycol. In this arrangement, not shown in the drawings, the multiplier box (15) actuates various mechanisms relating to agriculture, industrial installations or other social and urban uses.
Le contrôle de tous les processus peut s'effectuer par un microprocesseur, contrôlé de préférence par voie satellite, disposant pour cela d'une série de détecteurs de vibration, de contrôle météorologique, tels que des anémomètres, des girouettes et des thermomètres, des tachymètres, des systèmes de contrôle hydraulique, pour contrôler essentiellement les diverses situations de travail du rotor 35 (6), de l'axe (16), du générateur (17), de la boîte multiplicatrice (15) et des freins. The control of all the processes can be carried out by a microprocessor, preferably controlled by satellite, having for that a series of vibration detectors, meteorological control, such as anemometers, wind vanes and thermometers, tachometers , hydraulic control systems, to essentially control the various working situations of the rotor 35 (6), the axis (16), the generator (17), the multiplier (15) and the brakes.
Ce système de contrôle permet également d'agir sur les persiennes -6 réglables (3) de façon à faire varier leur ouverture convenablement. Grâce à ces persiennes réglables (3), on empêche l'entrée de corps étrangers comme peuvent l'être des branches d'arbre ou d'autres éléments qui peuvent endommager les pales (7) du rotor (6). Une porte (18) permet au personnel d'accéder au pylône en béton (1) afin de pouvoir effectuer principalement des travaux d'entretien et de nettoyage. This control system also makes it possible to act on the adjustable louvers -6 (3) so as to vary their opening suitably. Thanks to these adjustable louvers (3), the entry of foreign bodies is prevented as can be the branches of the tree or other elements which can damage the blades (7) of the rotor (6). A door (18) allows personnel to access the concrete pylon (1) in order to be able to carry out mainly maintenance and cleaning work.
Les caractéristiques essentielles des perfectionnements appliqués aux dispositifs capteurs d'énergie éolienne, objet de la présente invention, étant largement décrites, on doit souligner que les éventuelles variations, lors de la réalisation pratique, en dimensions, formes non essentielles, aspect et finition 10 intérieure ainsi que les types de matériel utilisé, n'altèrent en rien le concept de l'invention résumée dans les revendications suivantes. -7 The essential characteristics of the improvements applied to wind energy sensor devices, object of the present invention, being widely described, it should be emphasized that any variations, during practical realization, in dimensions, non-essential shapes, appearance and interior finish. as well as the types of material used, do not alter the concept of the invention summarized in the following claims. -7
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse | Effective date:20100831 |