FR2995033A1

FR2995033A1 - Continuous electrical energy generating immersed auxiliary system i.e. immersed electrical energy production module for submarine, has gas generating units for filling enclosure with gas by driving out liquid contained in units through pipe

Info

Publication number: FR2995033A1
Application number: FR1258288A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Henri Marie Piganeau; Vincent Michel Geiger
Original assignee: DCNS SA
Current assignee: Naval Group SA
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-03-07
Anticipated expiration: 2032-09-05
Also published as: FR2995033B1

Abstract

The system (1) has an enclosure (2) in association with environment (3) of the system through a fluid circulation pipe (4). A driving unit (5) drives an electrical energy generation unit (6), and is placed in the environment. The enclosure is associated with pyrotechnical gas generating units (7-9) intended to fill the enclosure with gas by driving out a liquid contained in the gas generating units through the pipe, during release of the gas so as to actuate the driving unit to drive the energy generation unit to generate electrical energy. The driving unit is a hydraulic turbine.

Description

Système auxiliaire immergé de génération d'énergie électrique et engin sous-marin comportant au moins un tel système La présente invention concerne un système auxiliaire immergé de génération d'énergie électrique, notamment pour un engin sous-marin et un engin sous-marin comportant au moins un tel système. On sait que, notamment pour des raisons de sécurité, de tels engins sous-marins doivent être équipés de systèmes alternatifs ou auxiliaires de génération d'énergie électrique en cas de dysfonctionnement de leur système principal. Différents systèmes auxiliaires ont déjà été proposés dans l'état de la technique comme par exemple l'utilisation de batteries, mais qui ont une durée de vie limitée ou encore de systèmes qui utilisent de l'oxygène embarqué et stocké par exemple sous forme liquide. Cependant, ces systèmes également présentent un certain nombre d'inconvénients, notamment au niveau la sécurité de l'ensemble et de l'encombrement nécessaire à ce stockage d'oxygène. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes. A cet effet, l'invention a pour objet un système auxiliaire immergé de génération d'énergie électrique notamment pour un engin sous-marin, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une enceinte en liaison avec l'environnement du système à travers au moins un conduit de circulation de fluide, dans lequel sont placés des moyens d'entraînement de moyens de génération d'énergie électrique et en ce que l'enceinte est associée à des moyens formant générateur de gaz pyrotechnique, pour, lors de leur déclenchement, remplir l'enceinte de gaz en chassant le liquide contenu dans celle-ci à travers le conduit afin d'actionner les moyens d'entraînement des moyens de génération d'énergie électrique et donc générer de l'énergie électrique. Selon d'autres aspects de l'invention, le système comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les moyens formant générateur de gaz pyrotechnique sont logés dans l'enceinte ; - les moyens formant générateur de gaz pyrotechnique sont logés à l'extérieur de l'enceinte et raccordés à celle-ci ; - les moyens d'actionnement des moyens de génération d'énergie électrique comportent une turbine hydraulique; - la partie supérieure de l'enceinte comporte également au moins un orifice d'évent associé à des moyens d'ouverture / fermeture de celui-ci, pour, après déclenchement du fonctionnement des moyens de génération de gaz pyrotechnique et vidange de l'eau de l'enceinte, permettre à de l'eau de pénétrer à nouveau dans l'enceinte par l'intermédiaire du conduit, de façon également à activer les moyens d'entraînement des moyens de génération d'énergie électrique et donc produire de l'énergie électrique ; - les moyens d'ouverture / fermeture de l'orifice d'évent comprennent un clapet à boule d'ouverture / fermeture de cet orifice selon la différence de pression entre l'enceinte et l'environnement extérieur. Selon un autre aspect l'invention a également pour objet un engin sous-marin comportant au moins un tel système. Ainsi plusieurs systèmes auxiliaires peuvent être couplés de telle sorte que la génération d'énergie électrique soit continue. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels les figures 1, 2, 3, 4 et 5 illustrent la structure et le fonctionnement d'un système auxiliaire immergé selon l'invention. On a en effet illustré sur ces figures et en particulier sur la figure 1, un système auxiliaire immergé de génération d'énergie électrique qui est destiné notamment à un engin sous-marin. Ce système est désigné par la référence générale 1 sur cette figure et est par exemple intégré dans un engin sous-marin, tel qu'un sous-marin proprement dit ou encore un module de production d'énergie électrique immergé. Bien entendu d'autres engins peuvent être envisagés et plusieurs systèmes tels que décrits peuvent être embarqués à bord de cet engin. D'une façon générale, ce système auxiliaire comporte une enceinte désignée par la référence générale 2 en liaison fluidique avec l'environnement par exemple marin désigné par la référence générale 3, à travers un conduit de circulation de fluide désigné par la référence générale 4. Des moyens d'entraînement de moyens de génération d'énergie électrique sont placés dans ce conduit. Ces moyens d'entraînement comprennent par exemple une turbine hydraulique désignée par la référence générale 5 et associée à des moyens de génération d'énergie électrique désignés par la référence générale 6. L'enceinte est également associée à des moyens formant générateur de gaz pyrotechnique dont par exemple trois sont illustrés sur ces figures et sont désignés par les références 7, 8 et 9. Dans l'exemple de réalisation représenté sur ces figures, ces moyens formant générateur de gaz pyrotechnique sont logés dans l'enceinte, par exemple dans le fond de celle-ci.The present invention relates to a submerged auxiliary system for generating electrical energy, in particular for an underwater vehicle and an underwater vehicle comprising at least one such system. least such a system. It is known that, in particular for safety reasons, such underwater vehicles must be equipped with alternative or auxiliary systems for generating electrical energy in the event of malfunction of their main system. Various auxiliary systems have already been proposed in the state of the art such as the use of batteries, but which have a limited life or systems that use oxygen embedded and stored for example in liquid form. However, these systems also have a number of disadvantages, particularly in terms of the safety of the assembly and the space required for this oxygen storage. The object of the invention is therefore to solve these problems. For this purpose, the subject of the invention is an immersed auxiliary system for generating electrical energy, in particular for an underwater vehicle, characterized in that it comprises at least one enclosure in connection with the environment of the system through to at least one fluid circulation duct, in which electrical energy generating means drive means are placed, and in that the enclosure is associated with pyrotechnic gas generator means, when they are triggered, fill the gas chamber by expelling the liquid contained therein through the conduit to actuate the drive means of the electrical energy generation means and thus generate electrical energy. According to other aspects of the invention, the system comprises one or more of the following characteristics: the pyrotechnic gas generator means are housed in the enclosure; the means forming a pyrotechnic gas generator are housed outside the enclosure and connected thereto; the actuating means of the electrical energy generation means comprise a hydraulic turbine; the upper part of the enclosure also comprises at least one vent orifice associated with means for opening / closing thereof, for, after activation of the operation of the pyrotechnic gas generation means and draining of the water of the enclosure, allow water to enter the enclosure again through the conduit, so as to activate the drive means of the electrical energy generation means and thus produce the electric energy ; the means for opening / closing the vent orifice comprise a ball valve for opening / closing this orifice according to the pressure difference between the chamber and the external environment. According to another aspect the invention also relates to an underwater vehicle comprising at least one such system. Thus several auxiliary systems can be coupled so that the generation of electrical energy is continuous. The invention will be better understood with the aid of the description which follows, given solely by way of example and with reference to the appended drawings, in which FIGS. 1, 2, 3, 4 and 5 illustrate the structure and the operation of an auxiliary submerged system according to the invention. In these figures, and in particular in FIG. 1, a submerged auxiliary system for generating electrical energy which is intended in particular for an underwater vehicle has in fact been illustrated. This system is designated by the general reference 1 in this figure and is for example integrated in an underwater vehicle, such as a submarine itself or a submerged electrical energy production module. Of course other machines can be envisaged and several systems as described can be embedded on board this machine. In general, this auxiliary system comprises an enclosure designated by the general reference 2 in fluid connection with the environment for example marine designated by the general reference 3, through a fluid flow conduit designated by the general reference 4. Drive means of electrical energy generation means are placed in this conduit. These drive means comprise, for example, a hydraulic turbine designated by the general reference 5 and associated with electrical energy generation means designated by the general reference 6. The enclosure is also associated with means forming a pyrotechnic gas generator whose for example three are illustrated in these figures and are designated by references 7, 8 and 9. In the embodiment shown in these figures, these pyrotechnic gas generator means are housed in the enclosure, for example in the background of it.

D'autres dispositions peuvent bien entendu être envisagées afin de faciliter la maintenance ou le maintien en condition opérationnelle de ce système, par exemple en logeant les moyens formant générateur de gaz à l'extérieur de l'enceinte et en les raccordant à l'intérieur de celle-ci par tous moyens appropriés à conduits ou autres. Dans l'exemple illustré sur ces figures, la partie supérieure de l'enceinte 1 comporte également un orifice d'évent désigné par la référence générale 10, et associé à des moyens d'ouverture / fermeture de celui-ci, ces moyens d'ouverture / fermeture étant désignés par la référence générale 11. En fait, ces moyens d'ouverture / fermeture de l'orifice d'évent 11 comprennent par exemple un clapet à boule dont la structure et le fonctionnement seront décrits plus en détails par la suite. On conçoit alors que dans l'état initial du système selon l'invention, l'enceinte 1 est remplie d'eau. Lorsqu'on a besoin de déclencher le fonctionnement de ce système auxiliaire de génération d'énergie électrique, on déclenche en fait le fonctionnement par exemple de l'un des moyens formant générateur de gaz pyrotechnique, comme celui désigné par la référence générale 7 sur ces figures. Celui-ci génère alors un gaz désigné par la référence générale 12 sur ces figures et en particulier sur les figures 2 à 5, ce gaz remplissant l'enceinte et créant une surpression dans cette enceinte pour chasser ainsi le liquide contenu dans celle-ci à travers le conduit 4 décrit précédemment, afin d'actionner les moyens d'entraînement 5 des moyens de génération d'énergie électrique 6 et donc générer de l'énergie électrique en sortie de ceux-ci. Ceci se poursuit alors par exemple tant que le niveau d'eau dans l'enceinte n'a pas atteint le niveau du conduit 4 comme cela est illustré sur la figure 3. En effet, lorsque ce niveau est atteint, le gaz s'échappe à travers ce conduit jusqu'à un équilibre de pression entre l'intérieur de l'enceinte et l'extérieur de celle-ci. Lorsque cet équilibre de pression est atteint, le clapet à boule 11 s'ouvre et de l'eau peut alors refluer dans l'enceinte, à travers notamment le conduit 4 et les moyens d'entraînement 5 des moyens de génération d'énergie électrique 6 pour, lors de cette phase de fonctionnement, engendrer également de l'énergie électrique. Durant cette phase de fonctionnement, le gaz contenu dans l'enceinte 2 s'échappe par l'orifice d'évent. Ce fonctionnement se poursuit alors jusqu'au moment où le niveau d'eau atteint le niveau du clapet à boule, de sorte que celui-ci peut alors se refermer à nouveau et que le système auxiliaire est prêt pour un nouveau cycle de fonctionnement par déclenchement d'autres moyens formant générateur de gaz pyrotechnique, comme cela est illustré sur la figure 5. On conçoit alors qu'un tel système présente un certain nombre d'avantages par rapport aux solutions à système AIR c'est-à-dire indépendant de l'air, de l'état de la technique, dans la mesure où le système selon l'invention ne dépend pas de stockage d'oxygène liquide, ce qui présente un certain nombre de risques aussi bien pour la sécurité que pour la disponibilité. En effet, les moyens formant générateur de gaz pyrotechnique constituent une réserve d'énergie connue pour sa très bonne disponibilité et sa grande sécurité de fonctionnement. Il va de soi bien entendu que différents modes de réalisation peuvent encore être envisagés. On notera en particulier l'intérêt de coupler deux ou plus de ces systèmes ensemble, de telle sorte que la génération d'énergie soit continue. L'un des systèmes est alors par exemple en phase active de génération d'énergie (fig. 2) permettant de maintenir la génération d'énergie pendant que l'autre est dans une des phases de régénération (fig. 3 à 5).Other arrangements may of course be envisaged to facilitate the maintenance or maintenance in operational condition of this system, for example by housing the gas generator means outside the enclosure and connecting them inside. of it by any appropriate means to conduits or others. In the example illustrated in these figures, the upper part of the chamber 1 also comprises a vent orifice designated by the general reference 10, and associated with means of opening / closing thereof, these means of opening / closing being designated by the general reference 11. In fact, these opening / closing means of the vent port 11 include for example a ball valve whose structure and operation will be described in more detail later . It is then conceivable that in the initial state of the system according to the invention, the chamber 1 is filled with water. When it is necessary to trigger the operation of this auxiliary system for generating electrical energy, it actually triggers the operation for example of one of the pyrotechnic gas generator means, such as that designated by the general reference 7 on these FIGS. The latter then generates a gas designated by the general reference 12 in these figures and in particular in FIGS. 2 to 5, this gas filling the chamber and creating an overpressure in this chamber to thereby expel the liquid contained therein at through the conduit 4 described above, in order to actuate the drive means 5 of the electrical energy generation means 6 and thus generate electrical energy at the output thereof. This continues then for example as long as the water level in the chamber has not reached the level of the duct 4 as shown in FIG. 3. Indeed, when this level is reached, the gas escapes through this conduit to a pressure balance between the inside of the enclosure and the outside thereof. When this pressure equilibrium is reached, the ball valve 11 opens and water can then flow back into the chamber, in particular through the conduit 4 and the drive means 5 of the electrical energy generation means 6 for, during this operating phase, also generate electrical energy. During this operating phase, the gas contained in the chamber 2 escapes through the vent orifice. This operation then continues until the water level reaches the level of the ball valve, so that it can then close again and the auxiliary system is ready for a new cycle of operation by triggering other means forming a pyrotechnic gas generator, as illustrated in FIG. 5. It is then conceivable that such a system has a certain number of advantages over solutions with an AIR system that is to say independent of air, the state of the art, insofar as the system according to the invention does not depend on storage of liquid oxygen, which has a number of risks for both security and availability. Indeed, the pyrotechnic gas generator means constitute an energy reserve known for its very good availability and high operational safety. It goes without saying of course that different embodiments can still be envisaged. In particular, it will be interesting to couple two or more of these systems together, so that the energy generation is continuous. One of the systems is then for example in the active phase of energy generation (FIG 2) to maintain energy generation while the other is in one of the regeneration phases (Figures 3 to 5).

Claims

CLAIMS1.- Submerged auxiliary system for generating electrical energy, particularly for an underwater vehicle, characterized in that it comprises at least one enclosure (2) in connection with the environment (3) of the system through at least one conduit (4) of fluid circulation, in which are placed means (5) for driving electrical energy generation means (6) and in that the enclosure (2) is associated with generator means pyrotechnic gas (7, 8, 9), when they are triggered, filling the enclosure (2) with gas (12) by expelling the liquid contained therein through the conduit (4) in order to actuate the driving means (5) of the electric power generation means (6) and thus generating electrical energy.

2. System according to claim 1, characterized in that the pyrotechnic gas generator means (7, 8, 9) are housed in the enclosure (2).

3. System according to claim 1, characterized in that the pyrotechnic gas generator means are housed outside the enclosure and connected thereto.

4. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the actuating means (5) of the electrical energy generating means (6) comprise a hydraulic turbine.

5. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the upper part of the enclosure (2) also comprises at least one vent orifice (10) associated with opening / closing means (11). of it, for, after triggering the operation of the pyrotechnic gas generating means (7, 8, 9) and emptying the water of the enclosure (2), allow water to re-enter the enclosure (2) via the conduit (4), also to activate the drive means (5) of the electric power generation means (6) and thus produce electrical energy.

6. System according to claim 5, characterized in that the opening / closing means of the vent orifice (10) comprises a ball valve (11) opening / closing this orifice according to the pressure difference. between the enclosure (2) and the external environment (3).

7. Underwater vehicle comprising at least one submerged electrical energy generation auxiliary system according to any one of the preceding claims.

8. underwater vehicle according to claim 7, characterized in that it comprises a plurality of auxiliary systems coupled so that the generation of electrical energy is continuous.