BE1026022B1 - Energy accumulator and method of manufacturing a drum for a kinetic energy accumulator - Google Patents
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Abstract
Accumulateur d’énergie cinétique comprenant un tambour agencé pour être monté sur un axe de rotation, lequel tambour comporte une surface extérieure qui est pourvue d’un ensemble de crêtes.A kinetic energy accumulator comprising a drum arranged to be mounted on an axis of rotation, which drum has an outer surface which is provided with a set of ridges.
Description
La présente invention concerne un accumulateur d’énergie cinétique comprenant un tambour agencé pour être monté sur un axe de rotation, lequel tambour comporte une surface extérieure pourvue d’un ensemble de crêtes.The present invention relates to a kinetic energy accumulator comprising a drum arranged to be mounted on an axis of rotation, which drum has an outer surface provided with a set of ridges.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un tambour pour un accumulateur d’énergie cinétique, lequel tambour comporte une surface extérieure sur laquelle un ensemble de crêtes est appliqué.The invention also relates to a method of manufacturing a drum for a kinetic energy accumulator, which drum has an outer surface on which a set of ridges is applied.
Un tel accumulateur d’énergie est connu de JP 2012 147620A. L’accumulateur connu est couplé à un générateur, lui-même couplé à un moteur. Le tambour, qui fait partie de l’accumulateur, tourne généralement à une vitesse élevée autour de son axe de rotation. L’accumulateur permet de stocker de l’énergie et ainsi de restituer, si nécessaire, l’énergie stockée. Puisque le tambour tourne à vitesse élevée, de la chaleur sera produite et il est donc nécessaire de le refroidir. L’accumulateur connu est refroidi à l’eau et pour réduire la friction entre l’eau et le tambour, la surface extérieure du tambour est pourvue de crêtes.Such an energy accumulator is known from JP 2012 147620A. The known accumulator is coupled to a generator, itself coupled to a motor. The drum, which is part of the accumulator, generally rotates at a high speed around its axis of rotation. The accumulator makes it possible to store energy and thus to restore, if necessary, the stored energy. Since the drum rotates at high speed, heat will be produced and it is therefore necessary to cool it. The known accumulator is cooled with water and to reduce the friction between the water and the drum, the outer surface of the drum is provided with ridges.
Il est également connu d’utiliser un accumulateur d’énergie cinétique dans des générateurs auxiliaire d’électricité, qui ont pour fonction d’assurer une alimentation continue en énergie électrique dans des endroits comme par exemple des hôpitaux, des aéroports ou des centrales de gestions de banques, où une interruption de l’alimentation en courant électrique pourrait avoir de sérieuses conséquences. Ces générateurs auxiliaires d’électricité sont en général pourvus d’un moteur à combustion qui sert à entraîner une génératrice d’électricité. Dans ce type d’accumulateur d’énergie cinétique, l’énergie stockée dans l’accumulateur est au moins partiellement restituée durant le temps de démarrage du moteur à combustion. Ainsi on parvient à éviter qu’une coupure de courant cause des dégâts considérable.It is also known to use a kinetic energy accumulator in auxiliary electricity generators, which have the function of ensuring a continuous supply of electrical energy in places such as, for example, hospitals, airports or power stations. banks, where an interruption in the power supply could have serious consequences. These auxiliary electricity generators are generally provided with a combustion engine which is used to drive an electricity generator. In this type of kinetic energy accumulator, the energy stored in the accumulator is at least partially restored during the starting time of the combustion engine. This way we can prevent a power outage from causing considerable damage.
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-2Un inconvénient de l’accumulateur lorsqu’il est exposé à l’air ambiant, est que sa rotation à vitesse élevée va causer qu’un volume assez élevé d’air ambiant va être entraîné par le tambour en rotation. L’entrainement de l’air est induit par les forces de frottement entre la surface du tambour et l’air ambiant, phénomène que l’on appelle « skin friction ». Ceci provoque une friction considérable sur cette surface extérieure du tambour. Cette friction va freiner la de rotation du tambour et causer ainsi une perte d’énergie qui peut s’élever jusqu’à 25% de la puissance totale nécessaire au maintien en rotation du tambour. Cette friction peut être réduite en utilisant un tambour dont la surface extérieure est pourvue de crêtes. Toutefois la simple présence de crêtes ne suffit pas pour réduire suffisamment le réchauffement du tambour dû à la rotation du tambour et à sa friction avec l’air ambiant.A drawback of the accumulator when exposed to ambient air is that its rotation at high speed will cause a fairly high volume of ambient air to be entrained by the rotating drum. Air entrainment is induced by the friction forces between the surface of the drum and the surrounding air, a phenomenon known as "skin friction". This causes considerable friction on this outer surface of the drum. This friction will slow down the rotation of the drum and thus cause a loss of energy which can rise up to 25% of the total power necessary to keep the drum in rotation. This friction can be reduced by using a drum, the outer surface of which is provided with ridges. However, the mere presence of ridges is not enough to sufficiently reduce the heating of the drum due to the rotation of the drum and its friction with the ambient air.
L’invention a pour bût de réaliser un accumulateur d’énergie dans lequel les pertes d’énergie causées par la friction sont sensiblement réduites et où le réchauffement du tambour est également réduit.The object of the invention is to provide an energy accumulator in which the energy losses caused by friction are substantially reduced and in which the heating of the drum is also reduced.
A cette fin un accumulateur d’énergie suivant l’invention est caractérisé en ce que les crêtes dudit ensemble s’étendent dans une direction qui est inclinée par rapport au sens de rotation du tambour.. La présence des crêtes aura pour conséquence de canaliser entre ces crêtes l’air ambiant entraîné par le tambour en rotation et de réduire ainsi les turbulences. La force de frottement provoquée par cet air ambiant sera ainsi fortement réduite et en conséquence sensiblement moins d’air ambiant sera entraîné par la surface externe du tambour en rotation. Ainsi la friction sera réduite et donc également la perte d’énergie causée par cette friction exercée sur le tambour. De plus le fait que les crêtes s’étendent dans une direction qui est inclinée par rapport au sens de rotation du tambour permet de refroidir davantage la surface du tambour, car même si moins d’air est entraîné par le tambour, l’inclinaison des crêtes permet de mieux guider l’air ambiant le long des crêtes et donc de réaliser un échange de chaleur plus efficace.To this end, an energy accumulator according to the invention is characterized in that the ridges of said assembly extend in a direction which is inclined relative to the direction of rotation of the drum. The presence of the ridges will result in channeling between these crests the ambient air driven by the rotating drum and thereby reduce turbulence. The frictional force caused by this ambient air will thus be greatly reduced and consequently significantly less ambient air will be entrained by the external surface of the rotating drum. Thus the friction will be reduced and therefore also the loss of energy caused by this friction exerted on the drum. In addition, the fact that the ridges extend in a direction which is inclined relative to the direction of rotation of the drum makes it possible to cool the surface of the drum more, because even if less air is entrained by the drum, the inclination of the ridges make it possible to better guide the ambient air along the ridges and therefore to achieve a more efficient heat exchange.
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-3Une première forme de réalisation préférentielle d’un accumulateur suivant l’invention est caractérisé en ce que les crêtes dudit ensemble sont inclinées sous un angle situé entre 5° et 10° par rapport au sens de rotation du tambour. Ceci permet une meilleure évacuation de la chaleur.-3A first preferred embodiment of an accumulator according to the invention is characterized in that the crests of said assembly are inclined at an angle between 5 ° and 10 ° relative to the direction of rotation of the drum. This allows better heat dissipation.
Un procédé de fabrication suivant l’invention est caractérisé en ce que les crêtes dudit ensemble sont appliquées de façon à ce qu’elles s’étendent suivant une direction qui est inclinée par rapport au sens de rotation du tambour.A manufacturing method according to the invention is characterized in that the crests of said assembly are applied so that they extend in a direction which is inclined relative to the direction of rotation of the drum.
L’invention sera maintenant décrite plus en détails à l’aide des dessins qui illustrent une forme de réalisation préférentielle d’un accumulateur suivant l’invention. Dans les dessins :The invention will now be described in more detail using the drawings which illustrate a preferred embodiment of an accumulator according to the invention. In the drawings:
La figure 1 montre la surface extérieure du tambour pourvue d’un ensemble de crêtes ;Figure 1 shows the outer surface of the drum provided with a set of ridges;
La figure 2 montre une vue en coupe selon la ligne ΙΙ-ΙΓ à travers le tambour ;Figure 2 shows a sectional view along line ΙΙ-ΙΓ through the drum;
La figure 3 illustre le flux longitudinal de l’air ambiant entraîné par le tambour ;Figure 3 illustrates the longitudinal flow of ambient air entrained by the drum;
La figure 4 illustre le flux transversal de l’air ambiant entraîné par le tambour ; etFigure 4 illustrates the transverse flow of ambient air entrained by the drum; and
Les figures 5 et 6 montrent une vue en coupe à travers les crêtes.Figures 5 and 6 show a sectional view through the ridges.
Dans les dessins une même référence a été attribuée à un même élément ou à un élément analogue.In the drawings, the same reference has been assigned to the same element or to an analogous element.
L’accumulateur selon l’invention comporte un tambour agencé pour être monté sur un axe de rotation. Cet axe de rotation est couplé via un mécanisme d’accouplement à un moteur à combustion, qui ainsi peut entraîner le tambour en rotation. Le tambour tourne généralement à une vitesse élevée autour de son axe de rotation, par exemple de l’ordre de 2 500 à 4 000 tours/minute. Le tambour comporte une surface extérieure. L’accumulateur est de préférence un UPS (Uninterruptible Power Supply).The accumulator according to the invention comprises a drum arranged to be mounted on an axis of rotation. This axis of rotation is coupled via a coupling mechanism to a combustion engine, which thus can cause the drum to rotate. The drum generally rotates at a high speed around its axis of rotation, for example of the order of 2,500 to 4,000 revolutions / minute. The drum has an outer surface. The accumulator is preferably a UPS (Uninterruptible Power Supply).
L’accumulateur a pour fonction d’assurer une alimentation continue en énergie électrique dans des endroits comme par exemple des hôpitaux,The function of the accumulator is to provide a continuous supply of electrical energy in places such as hospitals,
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-4des aéroports ou des centrales de gestions de banques, où une interruption de l’alimentation en courant électrique pourrait avoir de sérieuses conséquences. Dès qu’une coupure d’électricité est constatée, le moteur est mis en marche et couplé au tambour. La rotation du tambour permet de restituer son énergie le temps du démarrage du moteur à combustion.-4 airports or bank management centers, where an interruption of the electricity supply could have serious consequences. As soon as there is a power cut, the engine is started and coupled to the drum. The rotation of the drum allows its energy to be restored during the time the combustion engine starts.
Le tambour tourne généralement à vitesse élevée pour ainsi stocker et fournir rapidement un apport d’énergie. Cette vitesse élevée va causer qu’un volume assez élevé d’air ambiant va être entraîné par le tambour en rotation. Ceci est provoqué par le frottement de l’air sur la surface extérieure du tambour et cause ainsi une friction considérable sur cette surface extérieure du tambour. Cette friction freine la rotation du tambour et cause ainsi une perte d’énergie qui peut s’élever jusqu’à 25% de l’énergie nécessaire à l’entrainement du tambour et au maintien en rotation du tambour.The drum usually rotates at high speed to quickly store and supply energy. This high speed will cause a fairly large volume of ambient air to be entrained by the rotating drum. This is caused by the friction of air on the outer surface of the drum and thus causes considerable friction on this outer surface of the drum. This friction slows down the rotation of the drum and thus causes a loss of energy which can amount to up to 25% of the energy required to drive the drum and keep the drum in rotation.
Le tambour 1 de l’accumulateur selon l’invention a sa surface extérieure pourvue d’un ensemble de crêtes 2, comme illustré aux figures 1 et 2. De préférence, les crêtes de l’ensemble s’étendent en parallèle l’une à l’autre. La présence de ces crêtes va provoquer que la force de friction, causée par l’air ambiant entraînée par le tambour en rotation, sera sensiblement réduite et que moins d’air ambiant sera entraînée par la surface externe du tambour en rotation. Ainsi les pertes par friction seront réduites, ce qui réduira à son tour les pertes d’énergie stockée dans l’accumulateur. En fonction de la vitesse de rotation du tambour et de la géométrie des crêtes, une réduction allant jusqu’à 10% de la force de friction peut être obtenue.The drum 1 of the accumulator according to the invention has its outer surface provided with a set of ridges 2, as illustrated in FIGS. 1 and 2. Preferably, the ridges of the assembly extend in parallel one to the other. the other. The presence of these ridges will cause the friction force, caused by the ambient air entrained by the rotating drum, to be significantly reduced and that less ambient air will be entrained by the external surface of the rotating drum. This will reduce friction losses, which in turn will reduce losses of energy stored in the accumulator. Depending on the speed of rotation of the drum and the geometry of the ridges, a reduction of up to 10% in the friction force can be obtained.
La flèche 3, reprise dans la figure 1, indique le sens de rotation du tambour et aussi la direction du flux d’air ambiant entraîné par la rotation du tambour. La présence des crêtes 2 sur la surface extérieure du tambour aura ainsi pour conséquence que le flux d’air ambiant entraîné par la rotation du tambour sera canalisé par les canaux formés par chacun desThe arrow 3, shown in Figure 1, indicates the direction of rotation of the drum and also the direction of the ambient air flow caused by the rotation of the drum. The presence of ridges 2 on the outer surface of the drum will therefore have the consequence that the ambient air flow caused by the rotation of the drum will be channeled by the channels formed by each of the
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-5espaces entre deux crêtes successives. Cette canalisation de cet air ambiant réduira les turbulences et ainsi la friction causée par le frottement de l’air sur la surface du tambour.-5 spaces between two successive ridges. This channeling of this ambient air will reduce turbulence and thus the friction caused by the friction of the air on the surface of the drum.
La figure 3 illustre le flux longitudinal fe de l’air ambiant entraîné par le tambour. Ce flux longitudinal fe, en particulier lorsque les crêtes de l’ensemble s’étendent en parallèle l’une à l’autre, s’étend en parallèle dans l’espace entre les crêtes et est ainsi bien canalisé, ce qui réduit les turbulences. Le flux transversal ft, illustré à la figure 4, s’étend essentiellement au-dessus des crêtes et est de ce fait nettement moins en contact avec la surface du tambour, réduisant ainsi la friction exercée par cet air ambiant sur la surface du tambour. Les tourbillons d’air entre les crêtes sont peu importants et n’exerceront que peu de friction sur la surface du tambour.Figure 3 illustrates the longitudinal flow fe of the ambient air entrained by the drum. This longitudinal flow fe, in particular when the ridges of the assembly extend in parallel with one another, extends in parallel in the space between the ridges and is thus well channeled, which reduces turbulence . The transverse flow ft, illustrated in FIG. 4, extends essentially above the ridges and is therefore much less in contact with the surface of the drum, thus reducing the friction exerted by this ambient air on the surface of the drum. The air vortices between the ridges are small and will exert little friction on the surface of the drum.
Les crêtes de l’ensemble s’étendent dans une direction qui correspond au sens de rotation du tambour. Ainsi le sens de rotation du tambour et les crêtes sont alignés entre eux pour optimaliser la canalisation de l’air ambiant. Pour améliorer le refroidissement de la surface du tambour les crêtes de l’ensemble s’étendent dans une direction qui est inclinée par rapport au sens de rotation du tambour. Dans cette dernière forme de réalisation les crêtes de l’ensemble sont de préférence inclinées sous un angle situé entre 5° et 10° par rapport au sens de rotation du tambour. Cette légère inclinaison, même si elle augmente légèrement la friction de l’air sur la surface du tambour, contribue néanmoins à évacuer de la chaleur causée par la rotation du tambour et la friction avec l’air ambiant.The crests of the assembly extend in a direction which corresponds to the direction of rotation of the drum. Thus the direction of rotation of the drum and the ridges are aligned with each other to optimize the channeling of the ambient air. To improve the cooling of the drum surface, the ridges of the assembly extend in a direction which is inclined relative to the direction of rotation of the drum. In this latter embodiment, the crests of the assembly are preferably inclined at an angle between 5 ° and 10 ° relative to the direction of rotation of the drum. This slight inclination, even if it slightly increases the friction of the air on the surface of the drum, nevertheless helps to evacuate the heat caused by the rotation of the drum and the friction with the ambient air.
De préférence les crêtes ont une géométrie triangulaire avec un angle de sommet (a) situé entre 15° et 50°, en particulier entre 30° et 45°, comme illustré aux figures 5 et 6. Cette géométrie des crêtes a pour avantage de permettre une réduction de 10% de la force de friction.Preferably the ridges have a triangular geometry with a vertex angle (a) located between 15 ° and 50 °, in particular between 30 ° and 45 °, as illustrated in FIGS. 5 and 6. This geometry of the ridges has the advantage of allowing a 10% reduction in friction force.
De préférence les crêtes ont une hauteur h située entre 10 et 100 μm. Cette hauteur permet de minimaliser la déformation à apporter à laPreferably the ridges have a height h between 10 and 100 μm. This height minimizes the deformation to be brought to the
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-6surface du tambour tout en permettant une réduction considérable de la friction.-6 drum surface while allowing a considerable reduction of friction.
De préférence que la distance S entre deux crêtes est située entre 20 et 200 μm. En pratique cela signifie que la distance entre deux crêtes est le double de la hauteur des crêtes. Cette solution permet d’obtenir des canaux entre les crêtes qui offrent un bon écoulement de l’air ambiant.Preferably that the distance S between two peaks is between 20 and 200 μm. In practice this means that the distance between two peaks is twice the height of the peaks. This solution makes it possible to obtain channels between the ridges which provide a good flow of ambient air.
La fabrication du tambour pour un accumulateur suivant l’invention est réalisée en ce que l’on applique un ensemble de crêtes sur la surface extérieure du tambour. Cette application est réalisée soit par enrobage de la surface extérieure du tambour soit par gravure en faisant usage d’un graveur négatif. L’enrobage est par exemple réalisé par impression d’une matière synthétique, comme par exemple le collage d’une bande tridimensionnelle présentant le relief spécifique, ou par impression 3D à l’aide d’une peinture dont on peut activer la réticulation par exemple par des rayons ultra-violets, ou par coulage.The manufacture of the drum for an accumulator according to the invention is carried out in that a set of ridges is applied to the exterior surface of the drum. This application is carried out either by coating the exterior surface of the drum or by etching using a negative engraver. The coating is for example carried out by printing a synthetic material, such as for example the bonding of a three-dimensional strip having the specific relief, or by 3D printing using a paint whose crosslinking can be activated for example by ultraviolet rays, or by casting.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20190916 |
|
| HC | Change of name of the owners |
Owner name: KINOLT; BE Free format text: DETAILS ASSIGNMENT: CHANGE OF OWNER(S), CHANGEMENT DE NOM DU PROPRIETAIRE; FORMER OWNER NAME: EURO-DIESEL S.A. Effective date: 20200605 |
|
| MM | Lapsed because of non-payment of the annual fee |
Effective date: 20230228 |