FR2992032A3 - HOLLOW-GENERATOR WITH INERTIAL FLYERS - Google Patents

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Abstract

Les deux volants inertiels sont intégrés dans une double chaîne cinématique comprenant obligatoirement un cliquet anti-retour (12), un amortisseur (13) et un couple conique (14). Ce montage original, qui contraint les deux volants inertiels à tourner en sens contraire et à la même vitesse angulaire, a été revendiqué dans une demande antérieure déposée à l'INPI (n° 12.02558 en date du 24-09-2012) par le même inventeur. Le système électromécanique, portée par un arbre moteur (7) est embarqué, soit dans un flotteur (1) muni d'un balancier (2) qui oscille en fonction des ondulations de la houle, soit dans une coque (3) qui tangue au gré de des vagues et qui imprime ainsi un mouvement pendulaire relatif au système inertiel. La présente invention se caractérise par : - une très grande fiabilité grâce à sa conception essentiellement mécanicienne ; - un coût exceptionnellement bas à la construction et à la maintenance; - un haut rendement de récupération de l'énergie marine par rapport au poids des composants. - une remarquable adaptabilité aux sites retenus : près du rivage (plages, côtes rocheuses) en eau moyenne ou profonde, aires protégées des éoliennes off-shore.Both flywheels are integrated in a double kinematic chain necessarily comprising a non-return pawl (12), a damper (13) and a conical torque (14). This original arrangement, which forces the two flywheels to turn in opposite directions and at the same angular speed, was claimed in an earlier application filed with the INPI (n ° 12.02558 dated 24-09-2012) by the same authority. inventor. The electromechanical system, carried by a motor shaft (7), is embedded either in a float (1) provided with a rocker (2) which oscillates as a function of the waves of the swell, or in a hull (3) which thanks to waves and which thus prints a pendulum movement relative to the inertial system. The present invention is characterized by: a very high reliability thanks to its essentially mechanical design; - an exceptionally low cost in construction and maintenance; a high efficiency of recovery of the marine energy with respect to the weight of the components. - a remarkable adaptability to the selected sites: near the shore (beaches, rocky shores) in medium or deep water, protected areas of off-shore wind turbines.

Description

I DESCRIPTION De nombreux appareils récupérateurs de l' énergie de la houle et des vagues ont été conçus, fabriqués et mis en service. Rappelons les principales techniques utilisées : - soit les flotteurs montent et descendent, à l'intérieur de guides ou de tubes; - soit le mouvement oscillant de flotteurs actionne directement ou indirectement des générateurs .I DESCRIPTION Many wave and wave energy harvesting devices have been designed, manufactured and commissioned. Recall the main techniques used: - either the floats go up and down, inside guides or tubes; or the oscillating movement of floats operates directly or indirectly generators.

La présente invention reprend cette dernière technique en utilisant un système inertiel contenu, soit dans une coque relativement stable munie d'un balancier oscillant, soit dans une coque qui tangue sous l'effet de la houle. A / LA RECUPERATION DE L' ENERGIE MARINE. a ) Les deux versions du flotteur houlo-qénérateur : Le choix entre ces deux versions dépend des caractéristiques de la houle sur le site retenu - Un première réalisation de la présente invention consiste en un flotteur central (1) , ancré au fond pour demeurer pratiquement horizontal quel que soit l'état de la mer. A la hauteur de son axe de tangage, il est traversé librement par un arbre porteur (5) qui est solidaire d'un balancier (2) qui, muni de flotteurs adéquats, oscille sous les ondulations de la houle. - La seconde réalisation consiste en une coque partiellement immergée (3) qui, grâce à une carène profilée en conséquence, s'oriente automatiquement et perpendiculairement au front de houle. A la hauteur de son axe de tangage, elle est traversée par un arbre porteur (5) qui est couplé librement à un berceau (9) ancré au fond. Le système inertiel embarqué est suspendu à l'arbre porteur (5) via deux bras de liaison (4) et effectue donc 20 des mouvements pendulaires relatifs lorsque la coque (3) tangue sous les effets de la houle. b) La conversion des mouvements verticaux de la mer : Dans les deux versions de la présente invention, la récupération de l'énergie de la houle s'effectue grâce à un couplage démultiplicateur de deux arbres : - un arbre porteur (5) qui porte en son milieu un secteur circulaire denté (6) qui est soit solidaire 25 du balancier (2) dans la première version , soit solidaire de la coque (3) dans la seconde version. - un arbre moteur (7) qui porte en son milieu une petite roue dentée (8), directement couplée au secteur denté (6) de l'arbre porteur (5). Si nous considérons l'arbre moteur (7) comme un référentiel fixe, nous constatons que dans les deux versions envisagées, le secteur denté (6) exécute des rotations partielles alternatives qui vont 30 impulser des rotations alternatives de plusieurs tours à la petite roue dentée (8).The present invention uses the latter technique using an inertial system contained either in a relatively stable hull equipped with an oscillating balance, or in a hull that is pitching under the effect of the swell. A / THE RECOVERY OF MARINE ENERGY. a) The two versions of the Houlo-qenerator float: The choice between these two versions depends on the characteristics of the swell on the selected site - A first embodiment of the present invention consists of a central float (1), anchored to the bottom to remain virtually horizontal regardless of the state of the sea. At the height of its pitch axis, it is traversed freely by a bearing shaft (5) which is integral with a rocker (2) which, provided with adequate floats, oscillates under the waves of the swell. - The second embodiment consists of a partially immersed hull (3) which, thanks to a hull profiled accordingly, is automatically oriented and perpendicular to the wave front. At the height of its pitch axis, it is traversed by a carrier shaft (5) which is freely coupled to a cradle (9) anchored to the bottom. The inertial system onboard is suspended from the carrier shaft (5) via two connecting arms (4) and thus performs relative pendular movements when the shell (3) sways under the effects of the swell. b) The conversion of the vertical movements of the sea: In both versions of the present invention, the recovery of wave energy is effected by means of a reduction coupling of two shafts: a bearing shaft (5) carrying in the middle a toothed circular sector (6) which is either integral 25 with the balance (2) in the first version, or integral with the shell (3) in the second version. - A drive shaft (7) which carries in the middle a small gear (8), directly coupled to the toothed sector (6) of the carrier shaft (5). If we consider the motor shaft (7) as a fixed reference, we find that in the two versions envisaged, the toothed sector (6) executes partial partial rotations which will drive alternating rotations of several revolutions to the small toothed wheel. (8).

B / LE SYSTÈME INERTIEL. Une double chaîne cinématique, est portée par l'arbre moteur (7). Parfaitement symétrique par rapport à ma petite roue dentée (8), elle comprend les organes suivants : a Les volants inertiels (11) : Les deux volants inertiels (Il), éléments clés de la chaîne cinématique, ont pour fonction première de stocker l'énergie marine récupérée par l'arbre-moteur (7). Les moments cinétiques des volants inertiels (11) sont arrêtés à la construction ou ajustables par déplacement radial de masses d'inertie symétriques (22). Les dispositifs de déplacement de ces masses, non décrits ici, sont commandés par un programmateur (21). b Les roues à cliquet (12) : Etant donné que les deux volants inertiels (11) doivent systématiquement tourner en sens inverse pour pallier tout effet gyroscopique , des roues à cliquet (12), solidaires de l'arbre moteur (7), les entraînent dans des rotations inverses lors de chaque ondulation de la houle. C) Les amortisseurs (13) : Un dispositif amortisseur (13) est intercalé entre la roue à cliquet (12) et le volant inertiel (11) pour : - pallier un choc brutal sur les organes mécaniques lors d'une vague soudaine de grande amplitude, - mais essentiellement, pour emmagasiner l'énergie marine récupérée sous forme d'énergie potentielle qu'ils délivreront sur commande en actionnant directement les volants (11). d ) Le renvoi d'angle (14) : Un renvoi d'angle solidarise les deux volants inertiels (11) en les contraignant à tourner en sens inverse et à la même vitesse angulaire. Ce dispositif est intégré dans le système inertiel pour éliminer tout effet gyroscopique inopportun. e) Les générateurs (15) : Entraînés en temps normal par les volants inertiels (11), les deux générateurs (15) doivent pouvoir être 25 découplés quand il n'y a pas de demande d'électricité, ceci afin d'éviter un pompage inutile de l'énergie cinétique des volants. - une première solution consiste à intercaler entre les volants et les générateurs un embrayage magnétique (23) commandé par le programmateur (21). - une seconde solution consiste à utiliser à des générateurs discoïdes dont le stator peut se déplacer 30 axialement pour ajuster l'effet des champs magnétiques sur les bobines. Un dispositif électromécanique (24) ,commandé par le programmateur (21), assure ce déplacement.B / THE INERTIAL SYSTEM. A double kinematic chain is carried by the motor shaft (7). Perfectly symmetrical with respect to my small toothed wheel (8), it comprises the following organs: a Inertial flywheels (11): The two inertial flywheels (II), key elements of the driveline, have the primary function of storing the marine energy recovered by the motor shaft (7). The kinetic moments of the flywheels (11) are stopped at the construction or adjustable by radial displacement of symmetrical masses of inertia (22). The devices for moving these masses, not described here, are controlled by a programmer (21). b Ratchet wheels (12): Since the two flywheels (11) must systematically turn in opposite directions to compensate for any gyroscopic effect, ratchet wheels (12), integral with the drive shaft (7), result in inverted rotations during each ripple of the swell. C) The dampers (13): A damping device (13) is interposed between the ratchet wheel (12) and the flywheel (11) to: - alleviate a sudden shock on the mechanical organs during a sudden wave of large amplitude, but essentially, for storing the recovered marine energy in the form of potential energy that they will deliver on command by directly operating the flywheels (11). d) Angle gear (14): An angle gear secures the two flywheels (11) by forcing them to turn in the opposite direction and at the same angular speed. This device is integrated in the inertial system to eliminate any untimely gyroscopic effect. e) Generators (15): Normally driven by the inertial flywheels (11), the two generators (15) must be able to decouple when there is no demand for electricity, in order to avoid a unnecessary pumping of the kinetic energy of the wheels. a first solution consists in inserting between the flywheels and the generators a magnetic clutch (23) controlled by the programmer (21). a second solution consists in using disc-shaped generators whose stator can move axially to adjust the effect of the magnetic fields on the coils. An electromechanical device (24), controlled by the programmer (21), ensures this movement.

D / L' OPTIMISATION DU RENDEMENT ENERGETIQUE Selon des versions sophistiquées de la présente invention, des dispositifs adéquats autorisent une plus grande efficacité dans la récupération et la transformation de l'énergie marine. a ) Optimisation de la récupération de l'énergie marine : - Pour les flotteurs à balancier, ce dernier a une envergure ajustable à la fréquence de la houle (distance entre deux crêtes) grâce à des vérins (25) hydrauliques ou à vis. Ces dispositifs sont commandés par le programmateur (21). - Pour les flotteurs oscillants, leur envergure sera ajustable à la fréquence de la houle par déplacement symétrique d'un flotteur de poupe et d'un flotteur de proue, grâce à des vérins (25) .D / OPTIMIZATION OF ENERGY EFFICIENCY According to sophisticated versions of the present invention, adequate devices allow greater efficiency in the recovery and transformation of marine energy. a) Optimization of the recovery of the marine energy: - For the floats with pendulum, the latter has a scale adjustable with the frequency of the swell (distance between two peaks) thanks to cylinders (25) hydraulic or screw. These devices are controlled by the programmer (21). - For oscillating floats, their wingspan will be adjustable to the frequency of the swell by symmetrical displacement of a stern float and a bow float, thanks to jacks (25).

10 Ces dispositifs sont commandés par le programmateur (21). b 1 Régulation du moment cinétique des volants inertiels (11) : Le stockage primaire de l'énergie marine récupérée s'effectue dans les volants inertiels (11) dont le le moment d'inertie est déterminé à la construction. Selon une variante sophistiquée de la présente invention, des masses d'inertie (22) sont déplacées par 15 des vérins (25) afin de modifier le moment d'inertie des volants. Le déplacement radial de ces masses est commandé par le programmateur (21). c) Régulation de l'énergie potentielle des amortisseurs (13): Selon les variantes retenues lors de la construction, l'amortisseur (13) est, soit un simple ressort, spiral par exemple, ou un vérin pneumatique.These devices are controlled by the programmer (21). b 1 Regulation of the kinetic moment of the inertial flywheels (11): The primary storage of the recovered marine energy is carried out in the flywheels (11) whose moment of inertia is determined at the time of the construction. According to a sophisticated variant of the present invention, masses of inertia (22) are displaced by jacks (25) in order to modify the moment of inertia of the flywheels. The radial displacement of these masses is controlled by the programmer (21). c) Regulation of the potential energy of the dampers (13): According to the variants retained during construction, the damper (13) is either a single spring, spiral for example, or a pneumatic cylinder.

20 Selon une variante sophistiquée de la présente invention, l'énergie potentielle accumulée sous l'effet de la houle, est libérée à un moment donné pour relancer les volants inertiels (11) afin d'entretenir ou d'accroître leur vitesse angulaire. La libération de l'énergie potentielle sera automatique à partir d'un seuil préprogrammé ou commandée par le programmateur (21). 25 cl Optimisation de la production d'électricité. Si le flotteur houlo-générateur est connecté au réseau, sa production instantanée sera acheminée via une chaîne classique d'électronique de puissance. Si au contraire, on a fait le choix de stocker l'énergie cinétique pour ne la délivrer que sur demande ( cas d'installation sur des sites privés), le programmateur (21) commandera soit l'embrayage magnétique (23) , 30 soit le vérin de déplacement axial ( 25) du stator.According to a sophisticated variant of the present invention, the potential energy accumulated under the effect of the swell, is released at a given moment to revive the flywheels (11) to maintain or increase their angular velocity. The release of the potential energy will be automatic from a threshold preprogrammed or controlled by the programmer (21). 25 cl Optimization of electricity production. If the HOL float is connected to the grid, its instantaneous output will be routed through a conventional power electronics chain. If, on the contrary, the choice has been made to store kinetic energy in order to deliver it only on demand (when installed on private sites), the programmer (21) will control either the magnetic clutch (23), 30 or the axial displacement cylinder (25) of the stator.

Claims (10)

REVENDICATIONS1 - Dispositif permettant de récupérer l'énergie de la houle et des vagues, caractérisé par le fait que les mouvements verticaux de la mer sont transformés en rotation permanente de deux volants inertiels (11) , qui tournent à la même vitesse angulaire mais en sens contraire et donc accumulent et stockent de l'énergie cinétique, transformée à la demande en énergie électrique.CLAIMS1 - Device for recovering the energy of waves and waves, characterized in that the vertical movements of the sea are transformed into permanent rotation of two flywheels (11), which rotate at the same angular velocity but in direction contrary and thus accumulate and store kinetic energy, transformed on demand into electrical energy. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux volants inertiels sont entrainés , soit par les oscillations d'un balancier (2), extérieur à un flotteur lesté (1), soit par le mouvement pendulaire relatif de tout le système inertiel qui reste pratiquement immobile à l'intérieur d' une coque oscillante (3) qui tangue sous les ondulations de la mer.2 - Device according to claim 1, characterized in that the two flywheels are driven, either by the oscillations of a pendulum (2), outside a weighted float (1), or by the pendulum relative movement of all the inertial system which remains practically immobile inside an oscillating hull (3) which sways under the undulations of the sea. 3 - Dispositif selon les revendications 1 & 2, caractérisé par le fait que la récupération de l'énergie de la houle s'effectue grâce à un couplage de deux arbres via un engrenage démultiplicateur : un secteur circulaire denté (6) , solidaire de l'arbre porteur (5) est couplée à une petite roue dentée (8) solidaire de l'arbre moteur (7).3 - Device according to claims 1 & 2, characterized in that the recovery of the wave energy is effected through a coupling of two shafts via a gear reduction gear: a toothed circular sector (6), integral with the carrier shaft (5) is coupled to a small gear (8) integral with the drive shaft (7). 4 - Dispositif selon les revendications 1 ,2 & 3, caractérisé par le fait que , dans une première version de la présente invention, le flotteur (1) est lesté 15 et ancré au fond afin de rester dans ses eaux malgré l'état de la mer et les oscillations du balancier (2). L'arbre porteur (5) traverse librement la coque étanche du flotteur (1) et est solidaire du balancier (2). Portant des flotteurs adéquats, le balancier (2) oscille donc avec les ondulations de la houle. Dans une version sophistiquée de l'invention, des vérins (25) , commandés par un programmateur (21) ajustent l'envergure du balancier pour une adaptation à la fréquence de la houle. 20 Cet ajustement s'effectue par un déplacement linéaire symétrique des flotteurs équipant le balancier.4 - Device according to claims 1, 2 & 3, characterized in that, in a first version of the present invention, the float (1) is ballasted and anchored to the bottom to remain in its waters despite the state of the sea and oscillations of the pendulum (2). The carrier shaft (5) freely passes through the sealed hull of the float (1) and is integral with the balance (2). Bearing adequate floats, the balance (2) therefore oscillates with the waves of the swell. In a sophisticated version of the invention, jacks (25), controlled by a programmer (21) adjust the span of the balance for adaptation to the frequency of the swell. This adjustment is effected by a symmetrical linear displacement of the floats equipping the balance. 5 - Dispositif selon les revendications 1 ,2 & 3, caractérisé par le fait que , dans la version PENDULAIRE, l'arbre porteur (5) est solidaire de la coque oscillante (3) qu'il traverse à la hauteur de l'axe de tangage. Il est couplé à un berceau (9) ancré au fond. Il est par ailleurs relié librement à l'arbre moteur (7) par deux bras de liaison (4) : ce montage permet donc 25 à l'arbre moteur (7), et à tout le système inertiel, d'effectuer des mouvements pendulaires relatifs quand la coque (3) oscille au gré de la houle. Dans une version sophistiquée de l'invention, la coque (3) comprend trois compartiments : le central (19) qui contient tout le système inertiel et les deux autres (17 & 18) positionnés à la proue et à la poupe. Des vérins (25) , commandés par un programmateur (21) ajustent l'envergure totale du flotteur oscillant (3) 30 pour une adaptation à la fréquence de la houle (distance entre deux crêtes). Cet ajustement s'effectue par un déplacement linéaire symétrique de deux compartiments étanches (17 & 18).5 - Device according to claims 1, 2 & 3, characterized in that, in the PENDULAR version, the carrier shaft (5) is integral with the oscillating shell (3) it crosses at the height of the axis of pitching. It is coupled to a cradle (9) anchored to the bottom. It is also freely connected to the drive shaft (7) by two link arms (4): this arrangement thus allows the drive shaft (7), and the entire inertial system, to perform pendular movements. relative when the hull (3) oscillates with the swell. In a sophisticated version of the invention, the hull (3) comprises three compartments: the central (19) which contains the entire inertial system and the other two (17 & 18) positioned at the bow and stern. Cylinders (25), controlled by a programmer (21) adjust the total span of the oscillating float (3) 30 for adaptation to the frequency of the swell (distance between two peaks). This adjustment is effected by a symmetrical linear displacement of two watertight compartments (17 & 18). 6 - Dispositif selon les revendications 1 ,2 & 3, caractérisé par le fait que , dans les deux versions de la présente invention, deux volants inertiels (11) tournent librement autour de l'arbre moteur (5). Symétriques par rapport à la petite roue dentée (8), les volants inertiels sont solidaires d'une part des générateurs (15), d'autre part des amortisseurs (13). Stockant l'énergie marine récupérée, leur moment cinétique est, soit défini lors de la construction, soit ajustable par déplacement radial de masses d'inertie symétriques (22) grâce à des dispositifs classiques commandés par un programmateur 21).6 - Device according to claims 1, 2 & 3, characterized in that, in both versions of the present invention, two flywheels (11) rotate freely around the drive shaft (5). Symmetrical with respect to the small toothed wheel (8), the flywheels are integral on the one hand generators (15), on the other hand dampers (13). Storing the recovered marine energy, their kinetic momentum is either defined during construction or adjustable by radial displacement of symmetrical masses of inertia (22) by conventional devices controlled by a programmer 21). 7 - Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 & 6, caractérisé par le fait que deux roues à cliquet (12) ,solidaires de l'arbre moteur (7) en subissent les rotations alternées mais contraignent les deux volants inertiels (11) à tourner en sens inverse afin d'éliminer tout effet gyroscopique.7 - Device according to claims 1, 2, 3 & 6, characterized in that two ratchet wheels (12), integral with the drive shaft (7) undergo alternating rotations but constrain the two flywheels (11) rotate in the opposite direction to eliminate any gyro effects. 8- Dispositif selon les revendications 1, 2, 3, 6 et 7, caractérisé par le fait que , dans les deux versions de la présente invention, deux amortisseurs (13) s'intercalent entre les deux volants inertiels (11) et les roues à cliquet (12). Ils accumulent sous forme d'énergie potentielle l'énergie marine récupérée par les autres dispositifs du système inertiel. Cette énergie potentielle est libérée à un moment donné pour relancer les volants inertiels (11) afin d'entretenir ou d'accroître leur vitesse angulaire et donc leur énergie cinétique. La libération de l'énergie potentielle sera automatique à partir d'un seuil préprogrammé ou commandée par le programmateur (21).8- Device according to claims 1, 2, 3, 6 and 7, characterized in that, in the two versions of the present invention, two dampers (13) are interposed between the two flywheels (11) and the wheels ratchet (12). They accumulate in the form of potential energy the marine energy recovered by the other devices of the inertial system. This potential energy is released at a given moment to revive the flywheels (11) to maintain or increase their angular velocity and thus their kinetic energy. The release of the potential energy will be automatic from a threshold preprogrammed or controlled by the programmer (21). 9- Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 et 7, caractérisé par le fait que , dans les deux versions de la présente invention, un renvoi d'angle (14) oblige les deux volants inertiels (11) à tourner en sens contraire et à la même vitesse angulaire.9- Device according to claims 1, 2, 3 and 7, characterized in that, in both versions of the present invention, a bevel gear (14) forces the two flywheels (11) to rotate in the opposite direction and at the same angular velocity. 10- Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 & 6, caractérisé par le fait que , dans les deux versions de la présente invention, les générateurs (15) couplés aux volants inertiels (11) sont soit classiques, soit discoïdes. Un découplage est systématiquement prévu afin d'adapter la production d'électricité à la demande et d'économiser ainsi l'énergie cinétique stockée dans les volants. Les générateurs classiques sont couplés aux volants inertiels (11) via un embrayage magnétique (23). 30 Pour les générateurs discoïdes (15) l'écartement axial optimal entre stator et rotor est obtenu par des dispositifs électromécaniques classiques, commandés par le programmateur (21).10- Device according to claims 1, 2, 3 & 6, characterized in that, in both versions of the present invention, the generators (15) coupled to the flywheels (11) are either conventional or discoidal. Decoupling is systematically planned in order to adapt electricity production to demand and thus save the kinetic energy stored in the flywheels. Conventional generators are coupled to the flywheels (11) via a magnetic clutch (23). For disc generators (15) the optimum axial spacing between stator and rotor is achieved by conventional electromechanical devices, controlled by the programmer (21).
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