BE1026022A1 - Accumulateur d’énergie et procédé de fabrication d’un tambour pour un accumulateur d’énergie cinétique - 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.
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.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un tambour pour un accumulateur d’énergie cinétique.
Un tel accumulateur d’énergie est connu et il a 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. L’accumulateur est couplé à un générateur, lui-même couplé à un moteur à combustion. 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 durant le temps de démarrage du moteur à combustion l’énergie stockée. Ainsi on parvient à éviter qu’une coupure de courant cause des dégâts considérable.
Un inconvénient de l’accumulateur connu 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.
L’invention a pour bût de réaliser un accumulateur d’énergie dans lequel les pertes d’énergie causées par la friction sont sensiblement réduites.
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-2A cette fin un accumulateur d’énergie suivant l’invention est caractérisé en ce que la surface extérieure du tambour est pourvue d’un ensemble de crêtes. 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.
Une première forme de réalisation préférentielle d’un accumulateur suivant l’invention est caractérisée en ce que les crêtes dudit ensemble s’étendent en parallèle l’une à l’autre. Ceci offre d’une part une facilité d’application des crêtes et d’autre part une canalisation en parallèle des flux d’air entre les crêtes réduisant ainsi les turbulences.
Une deuxième forme de réalisation préférentielle d’un accumulateur suivant l’invention est caractérisée en ce que les crêtes dudit ensemble s’étendent dans une direction qui correspond au sens de rotation du tambour. Ainsi l’air ambiant entraîné par le tambour en rotation est guidé dans le même sens que celui selon lequel le tambour tourne, ce qui limite également les turbulences.
Une troisième forme de réalisation préférentielle d’un accumulateur suivant l’invention est caractérisée en ce que les crêtes dudit ensemble s’étendent dans une direction qui est inclinée par rapport au sens de rotation du tambour. Ceci permet d’en plus refroidir la surface du tambour.
Un procédé de fabrication suivant l’invention est caractérisé en ce que on applique un ensemble de crêtes sur la surface extérieure du tambour.
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 :
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-3La figure 1 montre la surface extérieure du tambour pourvue d’un ensemble de crêtes ;
La figure 2 montre une vue en coupe selon la ligne ll-ll’ à travers le tambour ;
La figure 3 illustre le flux longitudinal de l’air ambiant entraîné par le tambour ;
La figure 4 illustre le flux transversal de l’air ambiant entraîné par le tambour ; et
Les figures 5 et 6 montrent une vue en coupe à travers les crêtes.
Dans les dessins une même référence a été attribuée à un même élément ou à un élément analogue.
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).
L’accumulateur a 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. 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.
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
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-4cette 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.
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.
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 des espaces 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.
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
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-5crêtes sont peu importants et n’exerceront que peu de friction sur la surface du tambour.
De préférence 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 il est avantageux que 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 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.
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.
De préférence les crêtes ont une hauteur h située entre 10 et 100 μm. Cette hauteur permet de minimaliser la déformation à apporter à la surface du tambour tout en permettant une réduction considérable de la 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.
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’un
BE2018/0025 -6matière 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-violet, ou par coulage.
Claims (12)
1. Accumulateur d’énergie cinétique comprenant un tambour (1) agencé pour être monté sur un axe de rotation, lequel tambour comporte une surface extérieure, caractérisé en ce que la surface extérieure du tambour est pourvue d’un ensemble de crêtes (2).
2. Accumulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les crêtes dudit ensemble s’étendent en parallèle l’une à l’autre.
3. Accumulateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les crêtes dudit ensemble s’étendent dans une direction qui correspond au sens de rotation du tambour.
4. Accumulateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les crêtes dudit ensemble s’étendent dans une direction qui est inclinée par rapport au sens de rotation du tambour.
5. Accumulateur suivant la revendication 4, 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.
6. Accumulateur suivant l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les crêtes ont une géométrie triangulaire avec un angle de sommet situé entre 15° et 50°, en particulier entre 30° et 45°.
7. Accumulateur suivant l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les crêtes ont une hauteur située entre 10 et 100 μm.
8. Accumulateur suivant l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la distance entre deux crêtes est située entre 20 et 200 μm.
9. Accumulateur suivant l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l’accumulateur fait partie d’un UPS (Uninterruptible Power Supply).
10. Procédé de fabrication d’un tambour pour un accumulateur d’énergie cinétique, lequel tambour comporte une surface
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-8extérieure, caractérisé en ce que on applique un ensemble de crêtes sur la surface extérieure du tambour.
11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les crêtes sont appliquées par l’application d’un enrobage sur la
5 surface extérieure.
12. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les crêtes sont appliquées par gravure en faisant usage d’un graveur négatif.
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