NL2022523B1

NL2022523B1 - Kinetische energie accumulator en werkwijze voor het vervaardigen van een kinetische energie accumulator

Info

Publication number: NL2022523B1
Application number: NL2022523A
Authority: NL
Inventors: Spronck Luc
Original assignee: Euro Diesel
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2019-08-22
Also published as: BE1026022B1; DE102019201841A1; BE1026022A1

Abstract

Kinetische energie accumulator bevattende een trommel voorzien om op een rotatie as te worden gemonteerd, welke trommel een uitwendig oppervlak bevat voorzien van een stelsels van kammen die zich in een richting uitstrekken die gebogen is ten opzichte van een rotatierichting van de trommel.

Description

Octrooicentrum

Θ 2022523

Aanvraagnummer: 2022523

Aanvraag ingediend: 6 februari 2019

Int. CL:

F16F 15/30 (2019.01) H02K 7/02 (2019.01)

0 Voorrang:	0 Octrooihouder(s):
15 februari 2018 BE BE2018/0025	Euro-Diesel te Grace-Hollogne, België, BE.
0 Aanvraag ingeschreven:	0 Uitvinder(s):
22 augustus 2019	Luc Spronck te Grace-Hollogne (BE).
0 Aanvraag gepubliceerd:
-	0 Gemachtigde:
	drs. C.M.A. Quintelierte Brussel.
0 Octrooi verleend:
22 augustus 2019
0 Octrooischrift uitgegeven:
22 augustus 2019

54) Kinetische energie accumulatoren werkwijze voor het vervaardigen van een kinetische energie accumulator

57) Kinetische energie accumulator bevattende een trommel voorzien om op een rotatie as te worden gemonteerd, welke trommel een uitwendig oppervlak bevat voorzien van een stelsels van kammen die zich in een richting uitstrekken die gebogen is ten opzichte van een rotatierichting van de trommel.

NL B1 2022523

Dit octrooi is verleend ongeacht het bijgevoegde resultaat van het onderzoek naar de stand van de techniek en schriftelijke opinie. Het octrooischrift komt overeen met de oorspronkelijk ingediende stukken.

-1 Kinetische energie accumulator en werkwijze voor het vervaardigen van een kinetische energie accumulator

De huidige uitvinding heeft betrekking op een kinetische energie accumulator bevattende een trommel voorzien om op een rotatie as te worden gemonteerd, welke trommel een uitwendig oppervlak bevat voorzien van een stelsels van kammen.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een trommel voor een kinetische energie accumulator, welke trommel een uitwendig oppervlak bevat op het welke een stelsel van kammen is aangebracht.

Een dergelijke energie accumulator is bekend uit JP 2012 147620A. De bekende accumulator is gekoppeld aan een generator, die zelf met een motor gekoppeld is. De trommel, die deel uitmaakt van de accumulator, draait in het algemeen aan een hoge snelheid rond zijn rotatie as. De accumulator maakt het mogelijk om energie op te slaan en om aldus de opgeslagen energie te restitueren, indien nodig. Daar de trommel aan hoge snelheid draait, zal er warmte worden opgewekt en zal het dus nodig zijn om hem af te koelen. De bekende accumulator wordt met water gekoeld en om de wrijving tussen het water en de trommel te verminderen, is het uitwendig oppervlak van de trommel van kammen voorzien.

Het is eveneens bekend om gebruik te maken van een kinetische energie accumulator bij elektrische hulpgeneratoren, die als functie hebben een continue voeding aan elektrische energie te verzekeren op plaatsen zoals ziekenhuizen, luchthavens op beheercentrales van banken, waar een onderbreking van de toevoer van elektrische stroom ernstige gevolgen zou kunnen hebben. Deze elektrische hulpgeneratoren zijn in het algemeen voorzien van een verbrandingsmotor die ertoe dient een elektriciteit generator aan te drijven. Bij dit type van kinetische energie accumulatoren, wordt de in de accumulator opgeslagen energie ten minste gedeeltelijk gerestitueerd gedurende de tijd dat de

-2verbrandingsmotor wordt gestart. Aldus slaagt men erin te vermijden dat een stroomonderbreking aanzienlijke schade zou kunnen aanbrengen.

Een nadeel van de bekende accumulator is dat, wanneer hij aan de omgevingslucht is blootgesteld, zijn rotatie aan hoge snelheid als gevolg zal hebben dat een tamelijk groot volume aan omgevingslucht door de draaiende trommel zal worden meegesleept. Het meeslepen van lucht wordt geïnduceerd door de wrijvingskrachten tussen het oppervlak van de trommel en de omgevingslucht, fenomeen dat “skin friction” wordt genoemd. Dit veroorzaakt een aanzienlijke wrijving op dat uitwendig oppervlak van de trommel. Deze wrijving zal de rotatie van de trommel afremmen en aldus een verlies aan energie veroorzaken dat kan oplopen tot 25% van het totaal vermogen noodzakelijk om de trommel in rotatie te houden. Deze wrijving kan worden verminderd door gebruik te maken van een trommel waarvan het uitwendig oppervlak van kammen voorzien is. Echter de eenvoudige aanwezigheid van kammen is onvoldoende om het opwarmen van de trommel als gevolg van het draaien van de trommel en zijn wrijving met de omgevingslucht voldoende te verminderen.

De uitvinding heeft tot doel een kinetische energie accumulator te realiseren bij dewelke de energieverliezen veroorzaakt door de wrijving aanzienlijk verminderd zijn en waar het opwarmen van de trommel eveneens verminderd is.

Hiertoe heeft een kinetische energie accumulator volgens de uitvinding het kenmerk dat de kammen van het stelsel zich in een richting uitstrekken die gebogen is ten opzichte van een rotatierichting van de trommel. De aanwezigheid van de kammen zal als gevolg hebben dat de omgevingslucht meegesleept door de draaiende trommel tussen deze kammen zal worden gekanaliseerd en aldus de turbulenties verminderd worden. De wrijvingskracht veroorzaakt door deze omgevingslucht zal zodoende aanzienlijk verminderd worden en bijgevolg zal aanzienlijk minder omgevingslucht meegesleept worden door het uitwendig

-3oppervlak van de draaiende trommel. Zodoende zal de wrijving verminderd worden en dus ook het energieverlies veroorzaakt door deze op de trommel uitgeoefende wrijving. Doordat daarenboven de kammen zich in een richting uitstrekken die gebogen is ten opzichte van de rotatie richting van de trommel wordt het mogelijk om het oppervlak van de trommel meer te koelen, aangezien, zelfs indien minder lucht door de trommel wordt meegesleept, het gebogen zijn van de kammen het mogelijk maakt om de omgevingslucht beter te leiden langs de kammen en om aldus een efficiëntere warmte uitwisseling mogelijk te maken.

Een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van een accumulator volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de kammen van het stelsel gebogen onder een hoek gelegen tussen 5° en 10° ten opzichte van de rotatierichting van de trommel. Dit maakt een beter afvoeren van de warmte mogelijk.

Een werkwijze voor het vervaardigen volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de kammen van genoemde stelsel zodanig worden aangebracht dat ze zich uitstrekken volgens een richting die gebogen is ten opzichte van een rotatierichting van de trommel.

De uitvinding zal nu in meer details worden beschreven aan de hand van de tekening die een voorkeursuitvoeringsvorm van een accumulator volgens de uitvinding illustreert. In de tekening laat:

Figuur 1 het uitwendig oppervlak van een trommel voorzien van een stelsel van kammen zien;

Figuur 2 een doorsnede volgens de lijn ll-ll’ doorheen de trommel zien;

Figuur 3 de longitudinale flux van omgevingslucht zien meegesleept door de trommel;

Figuur 4 de transversale flux van omgevingslucht zien meegesleept door de trommel; en

Figuren 5 en 6 een doorsnede doorheen de kammen zien.

-4In de tekening is aan eenzelfde of analoog element eenzelfde verwijzingscijfer toegekend.

De accumulator volgens de uitvinding bevat een trommel voorzien om op een rotatie as te worden gemonteerd. Deze rotatie as is via een koppelmechanisme met een verbrandingsmotor gekoppeld, welke de trommel aldus in rotatie kan aandrijven. De trommel draait in het algemeen aan een hoge snelheid rond zijn rotatie as, bijvoorbeeld in de orde van grootte van 2 500 tot 4 000 omwentelingen per minuut. De trommel bevat een uitwendig oppervlak. De accumulator is bij voorkeur een UPS (Uninterruptible Power Supply).

De accumulator heeft als functie het verzekeren van een continue toevoer aan elektrische stroom op plaatsen zoals bijvoorbeeld ziekenhuizen, luchthavens of beheers centrales van banken, waar een onderbreking van de voeding in elektrische stroom aanzienlijke gevolgen zou kunnen hebben. Zodra dat een onderbreking van de elektrische stroom wordt vastgesteld, wordt de motor gestart en aan de trommel gekoppeld. De rotatie van de trommel maakt het mogelijk om haar energie te restitueren gedurende de tijd dat de verbrandingsmotor wordt gestart.

De trommel draait in het algemeen aan een hoge snelheid om aldus snel een toevoer aan energie te kunnen opslaan en leveren. Deze hoge snelheid is de oorzaak dat een tamelijk groot volume aan omgevingslucht door de draaiende trommel wordt meegesleept. Dit is veroorzaakt door de wrijving van de lucht op het uitwendig oppervlak van de trommel en veroorzaakt zodoende een aanzienlijke wrijving op dat uitwendig oppervlak van de trommel. Deze wrijving remt de rotatie van de trommel en veroorzaakt zodoende een energieverlies dat tot 25% van de energie noodzakelijk om de trommel aan te drijven en hem draaiende te houden kan oplopen.

De trommel 1 van de accumulator volgens de uitvinding heeft zijn uitwendig oppervlak voorzien van een stelsel van kammen 2, zoals

-5weergegeven in de figuren 1 en 2. Bij voorkeur, strekken de kammen van het stelsel zich evenwijdig ten opzichte van elkaar uit. De aanwezigheid van deze kammen zal veroorzaken dat de wrijvingskracht, veroorzaakt door de omgevingslucht meegesleept door de draaiende trommel, aanzienlijk zal worden verminderd en dat minder omgevingslucht zal worden meegesleept door het uitwendig oppervlak van de draaiende trommel. Zodoende zullen de verliezen veroorzaakt door de wrijving beperkt worden, wat op zijn beurt het verlies van de in de accumulator opgeslagen energie zal beperken. In functie van de draaisnelheid van de trommel en van de geometrie van de kammen, zal een vermindering die tot 10% van de wrijvingskracht kan bedragen kunnen worden bekomen.

De pijl 3, weergegeven in figuur 1, geeft de draairichting van de trommel aan en ook de richting van de flux van de omgevingslucht meegesleept door de draaiende trommel. De aanwezigheid van de kammen 2 op het uitwendige oppervlak van de trommel zal dus tot gevolg hebben dat de flux van de omgevingslucht meegesleept door de draaiende trommel door de kanalen gevormd door elk van de ruimtes tussen twee opeenvolgende kammen zal worden gekanaliseerd. Deze kanalisatie van de omgevingslucht zal de turbulenties verminderen en dus de wrijving veroorzaakt door het wrijven van de lucht op het oppervlak van de trommel.

Figuur 3 geeft de longitudinale flux fe weer van de omgevingslucht aangedreven door de trommel. Deze longitudinale flux fe, in het bijzonder wanneer de kammen van het stelsel zich evenwijdig aan elkaar uitstrekken, strekt zich evenwijdig uit in de ruimte tussen de kammen en is aldus goed gekanaliseerd, wat de turbulenties verminderd. De transversale flux ft, weergegeven in figuur 4, strekt zich in hoofdzaak over de kammen uit en is daardoor aanzienlijk minder in contact met het oppervlak van de trommel, waardoor de wrijving uitgeoefend door deze omgevingslucht op het oppervlak van de trommel verminderd wordt. De wervelingen van de lucht tussen de kammen zijn weinig belangrijk en

-6zullen slechts een geringe wrijving op het oppervlak van de trommel uitoefenen.

De kammen van het stelsel streken zich uit in een richting die overeenkomt met de draairichting van de trommel. Aldus zijn de draairichting van de trommel en de kammen in lijn met elkaar om de kanalisatie van de omgevingslucht te optimaliseren. Om het afkoelen van het oppervlak van de trommel te verbeteren strekken de kammen van het stelsel zich uit in een richting di gebogen is ten opzichte van de draairichting van de trommel. In deze laatste uitvoeringsvorm is het stelsel van de kammen bij voorkeur gebogen onder een hoek gelegen tussen 5° en 10° ten opzichte van de draairichting van de trommel. Deze lichte buiging, zelfs al verhoogt ze iets de wrijving van de lucht op het oppervlak van de trommel, draagt desalniettemin bij om de warmte, veroorzaakt door het draaien van de trommel en de wrijving met de omgevingslucht, af te voeren.

Bij voorkeur hebben de kammen een driehoekvormige geometrie met een tophoek (a) gelegen tussen 15° en 50°, in het bijzonder tussen 30° en 45°, zoals weergegeven in de figuren 5 en 6. Deze geometrie van de kammen heeft als voordeel om een vermindering met 10% van de wrijvingskracht mogelijk te maken.

Bij voorkeur hebben de kammen een hoogte h gelegen tussen 10 en 100pm. Deze hoogte maakt het mogelijk om de vervorming aan te brengen aan het oppervlak te minimaliseren en tevens een aanzienlijke vermindering van de wrijving mogelijk te maken.

Bij voorkeur zal de afstand S tussen twee kammen gelegen zijn tussen 20 en 200pm. In de praktijk betekent dit dat de afstand tussen twee kammen het dubbele is van de hoogte van de kammen. Deze oplossing maakt het mogelijk om kanalen tussen de kammen te verkrijgen die een goed afvlooien van de omgevingslucht biedt.

Het vervaardigen van de trommel voor een accumulator volgens de uitvinding wordt gerealiseerd doordat men op het uitwendige

-7oppervlak van de trommel een stelsel van kammen aanbrengt. Dit aanbrengen wordt gerealiseerd hetzij door het bekleden van het uitwendig oppervlak, hetzij door graveren door gebruik te maken van een negatieve graveerder. Het bekleden is bij voorbeeld gerealiseerd door 5 het bedrukken met een kunststofmateriaal, zoals bij voorbeeld het kleven van een driedimensionale strip met een specifiek reliëf, of door een 3D drukken middels een verf waarvan de reticulatie bij voorbeeld geactiveerd wordt door ultraviolet stralen, of door gieten.

Claims

Conclusies

1. Kinetische energie accumulator bevattende een trommel (1) voorzien om op een rotatie as te worden gemonteerd, welke trommel een uitwendig oppervlak bevat voorzien van een stelsels van kammen (2) , daardoor gekenmerkt dat de kammen van het stelsel zich in een richting uitstrekken die gebogen is ten opzichte van een rotatierichting van de trommel.
2. Accumulator volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de kammen van het stelsel gebogen onder een hoek gelegen tussen 5° en 10° ten opzichte van de rotatierichting van de trommel.
3. Accumulator volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de kammen een driehoekvormige geometrie hebben met een tophoek gelegen tussen 15° en 50°, in het bijzonder tussen 30° en 45°.
4. Accumulator volgens één der conclusies 1 tot en met 3, daardoor gekenmerkt dat de kammen een hoogte hebben gelegen tussen 10 en 100pm.
5. Accumulator volgens één der conclusies 1 tot en met 4, daardoor gekenmerkt dat de afstand tussen twee kammen gelegen is tussen 20 en 200pm.
6. Accumulator volgens één der conclusies 1 tot en met 5, daardoor gekenmerkt dat de accumulator deel uitmaakt van een UPS (Uninterruptible Power Supply).
7. Werkwijze voor het vervaardigen van een trommel voor een kinetische energie accumulator, welke trommel een uitwendig oppervlak bevat op het welke een stelsel van kammen is aangebracht, daardoor gekenmerkt dat de kammen van genoemde stelsel zodanig worden aangebracht dat ze zich uitstrekken volgens een richting die gebogen is ten opzichte van een rotatierichting van de trommel.
8. Wekwijze volgens conclusie 7, daardoor gekenmerkt dat de kammen zijn aangebracht door het aanbrengen van een bekleding op het uitwendig oppervlak.
9. Werkwijze volgens conclusie 7, daardoor gekenmerkt dat

5 de kammen zijn aangebracht door graveren gebruikmakend van een negatieve graveerder.