Brevet FR3019236A1 — publié le 20151002

DESCRIPTION La récupération des énergies renouvelables, par nature variables dans le temps, n'est pas toujours en phase avec la demande instantanée des utilisateurs. La nécessité d'un stockage pour mettre en concordance production et demande d'électricité a reçu de nombreuses solutions, déjà mises en oeuvre de par le monde. La présente invention repose sur un système de stockage inertiel décrit dans une demande concernant les flotteurs houlo-générateurs(enregistrée par l'INPI le 24/09/2012, n° 12.02558). Elle concerne tous engins dédiés à la récupération de l'énergie naturelle (vent, marées, courants, cours d'eau , houle, vagues'....) et consiste à STOCKER PROVISOIREMENT CETTE ENERGIE NATURELLE DANS DES VOLANTS INERTIELS AVANT SA TRANSFORMATION EN ELECTRICITE. Le couplage entre le rotor (11) de la machine récupératrice de l'énergie naturelle et la roue à cliquet (22 de la chaine cinématique est réalisé par un circuit hydraulique classique avec pompe (12), accumulateur (13) et moteur (14). A LA CHAINE CINEMATIQUE 15 Elle comprend les organes suivants : a) Un arbre-porteur (21) : Il supporte tous les organes du système inertiel. Les organes rotatifs (25) & (29) peuvent avoir des vitesses de rotation différentes mais toujours dans le même sens. b) Une roue à cliquet (22) : 20 Intercalée entre le moteur (14) et l'amortisseur (23) elle permet l'activation du second par le premier quand il y a transfert effectif de l'énergie récupérée au volant inertiel (25). Elle permet en revanche au volant (25) de conserver sa vitesse angulaire acquise quand l'énergie récupérée par le rotor (11) est faible ou inexistante. c) Un amortisseur (23) : 25 Un dispositif amortisseur (23) est intercalé entre la roue à cliquet (22) et le volant inertiel (25) pour pallier une soudaine accélération du moteur (14). L'amortisseur (23) peut être un ressort spiral ou un accumulateur oléopneumatique. Dans une version sophistiquée de l'invention, un régulateur (24) associé à l'amortisseur (23) a pour rôle de bloquer ce dernier afin qu'il emmagasine, sous forme d'énergie potentielle, une 30 énergie naturelle récupérée insuffisante pour impulser efficacement le volant (25). Le blocage est commandé par le programmateur (39) qui libère par ailleurs l'énergie potentielle accumulée dès que l'impulsion fournie au volant (25) lui permet d'accroître sa vitesse angulaire . e 1 Le volant inertiel (25) : Le volant inertiel (25) , élément clé de la chaîne cinématique, a pour fonction de stocker l'énergie renouvelable transmise par le moteur (14) via la chaine cinématique. Le moment cinétique du volant inertiel (25) est arrêté lors de la construction ou ajustable par déplacement radial de masses d'inertie symétriques (26). Les dispositifs de déplacement de ces masses , non décrits ici, sont commandés par le programmateur (39). f) L'embrayage (27) : Entraîné en temps normal par le volant inertiel (25), le générateur (29) est découplé quand il n'y a pas de demande d'électricité, ceci afin d'éviter un pompage inutile de l'énergie cinétique 10 du volant. Ce découplage dépend du type de générateur : - si le générateur est un alternateur classique, l'embrayage peut être mécanique ou magnétique; - si le générateur est de type discoïde, un dispositif spécial (28) assure un déplacement axial du le rotor afin d'ajuster de manière optimale l'effet des champs magnétiques sur les bobines . Le dispositif (28) ou l'embrayage (27)sont commandés par le programmateur (39). 15 g) Le générateur (29) : Quelles que soient sa forme et sa conception, le générateur (29) est assisté par des dispositifs classiques utilisés pour la production, la régulation et le transport de l' électricité. B / LES DEUX VERSIONS POUR MACHINES A ROTOR . a ) Système inertiel à un seul volant : 20 Pour les éoliennes terrestres, certaines hydroliennes et les moulins au fil de l'eau, un système avec un seul volant convient parfaitement. La chaine cinématique décrite précédemment est reprise telle quelle. b ) Système inertiel à deux volants : Différentes raisons (dimensionnement des volants, système inertiel embarqué, facilitation de la 25 maintenance, choix d'une redondance,...) font appel à un système inertiel à deux volants . Ces deux volants (25) devant, pour assurer une certaine stabilité directionnelle à tout le système, tourner à la même vitesse angulaire mais en sens contraire, un renvoi d'angle est nécessaire. - La roue à cliquet (22) est solidaire du pignon central (31) menant ; - les deux pignons menés (32) sont portés par deux demi-arbres (21) orthogonaux à l'axe de la 30 roue à cliquet (22) - à partir des pignons menés (32) deux chaines cinématiques symétriques vont entrainer les deux volants (25) dans des rotations à la même vitesse angulaire mais de sens contraire. Evidemment, tous les organes décrits plus haut sont repris dans les deux chaines. C / CAS DES FLOTTEURS HOULOGENERATEURS Contrairement aux machines à rotor, les houlogénérateurs récupèrent une énergie de nature ondulatoire ce qui exige une adaptation du système inertiel décrit plus haut. a) La récupération de l'énergie de la mer : Pour récupérer l'énergie de la houle et des vagues, les flotteurs houlogénérateurs utilisent deux techniques : - Un balancier qui oscille avec les ondulations de la houle; - une coque oscillante contenant un système inertiel suspendu qui, de par son propre poids, exécute un mouvement pendulaire relatif. Mais dans ces deux versions, la récupération de l'énergie de la houle s'effectue grâce à un couplage démultiplicateur : - un secteur circulaire denté, qui est solidaire soit du balancier soit de la coque, est couplé à une petite roue dentée située au milieu d'un arbre moteur. - cet arbre-moteur exécute donc des rotations partielles alternées, suite aux oscillations du 15 balancier ou au tangage de la coque, puisqu' il est solidaire de la petite roue dentée. b) La double chaine cinématique : De chaque coté de la petite roue dentée, une roue à cliquet (22) est solidaire, d'une part de l'arbre-moteur et d'autre part des deux pignons (32) du renvoi d'angle. Devenus menant, les deux pignons (32) engrenés sur le pignon central (31), entrainent les deux 20 chaines cinématiques symétriques , et donc les volants (25) ,dans des rotations de sens opposé mais à la même vitesse angulaire. Le système inertiel utilisé pour les flotteurs houlogénérateurs est ainsi identique à celui vu pour machines à rotor. Chacune des deux chaines cinématiques symétriques comprend donc - un amortisseur (23) associé à un régulateur (24); 25 - le volant inertiel (25) avec éventuellement des masses d'inertie (26); - le générateur (29) avec éventuellement un embrayage (27). REVENDICATIONS1- Dispositif permettant de récupérer et de stocker les énergies renouvelables , caractérisé par le fait que la rotation du rotor (11) de la machine entraine la rotation permanente de deux volants inertiels (25) grâce à l'actionneur (14) d'un circuit hydraulique, cette rotation transformant ainsi l'énergie renouvelable récupérée par la machine en énergie cinétique laquelle est stockée dans les volants avant sa transformation en électricité. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une double chaine cinématique, couplée au rotor (11) via un circuit hydraulique classique avec pompe (12), accumulateur (13) et moteur (14), est systématiquement composée d'une roue à cliquet (22), d'un amortisseur (23), d'un volant inertiel (25) et d'une génératrice (29). 3 - Dispositif selon les revendications 1 & 2 , caractérisé par le fait que les deux volants inertiels (25) de la double chaine cinématique sont solidaires grâce à un renvoi d'angle comprenant un pignon central menant (31) et deux pignons menés (32), ce qui les contraint à tourner à la même vitesse angulaire mais en sens inverse. 4 - Dispositif selon 'lune quelconque des revendications 1,2 et 3, caractérisé par le fait que la rotation des volants (25) est assurée par le pignon central (31) du renvoi d'angle couplé à une roue à cliquet (22), solidaire du moteur (14) ,dont le rôle consiste à entrainer le volant quand l'énergie transmise par le moteur (14) est suffisante et au contraire à le laisser tourner à sa vitesse acquise dans le cas contraire. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 & 2 , caractérisé par le fait que l'optimisation de la récupération de l'énergie renouvelable d'une part et d'autre part la transformation de l'énergie cinétique des volants en électricité en temps et en intensité selon demande, sont commandées par un programmateur (39). 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 & 2 , caractérisé par le fait qu'un régulateur (24) associé à l'amortisseur (23) a pour fonction de bloquer ce dernier quand l'énergie transmise par le moteur (14) est trop faible pour impulser le volant (25) efficacement et à débloquer l'énergie potentielle accumulée par l'amortisseur (23) dès l'atteinte d'un seuil prédéterminé ou sur commande du programmateur (39). 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ,2 et 5, 30 caractérisé par le fait que deux masses (26), positionnables radialement suivant commande d'un programmateur (39), permettent de modifier le moment cinétique du volant inertiel (25) . 8 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 , caractérisé par le fait que la double chaîne cinématique comprend in fine la génératrice (29) , naturellement associée aux dispositifs habituels de régulation et de transfert d'électricité. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 8, caractérisé par le fait que le couplage entre le volant (25) et la génératrice (29) est assuré : - par un embrayage (27) mécanique ou magnétique s'il s'agit d'un alternateur classique; - par un dispositif (28) de déplacement axial du rotor dans le cas d'un générateur discoïde afin d'ajuster de manière optimale l'effet des champs magnétiques sur les bobines. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5,8 & 9, 10 caractérisé par le fait que le couplage ou le découplage entre le volant (25) et la génératrice 29) sont commandés par un programmateur (39).