Brevet FR3044367A1 — publié le 20170602

ACCUMULATEUR GRAVITATIONNEL ET PROCÉDÉS ASSOCIÉS. INTRODUCTION Il existe sur le marché plusieurs solutions de stockage d'énergie, classées en quatre catégories principales: l'énergie mécanique potentielle, l'énergie mécanique cinétique, l'énergie électrochimique, et l'énergie thermique. L'invention Accumulateur Gravitationnel fait partie de la première catégorie, dont font notamment parties les stations de transfert d'énergie par pompage (step), et les systèmes de stockage d'énergie par air comprimé (caes). A la différence de ces deux dernières, l'invention ici présentée ne se propose pas de stocker des fluides (eau ou air), mais de la matière solide, et à restituer sous forme électrique l'énergie stockée, non pas par des moyens de conversion d'écoulement mais par des moyens de conversion de la gravité. La matière solide pour constituer les masses mobiles utilisées dans l'invention peut être le béton, le fer, le plomb et/ou toute agrégation de parties voire de déchets issus de ces composants et être agglomérée sous différentes formes, sphérique, cylindrique, voire parallèlipédique avec moyens de roulement, puisque la seule contrainte est que les masses ainsi constituées puissent être déplacées par simple roulement sur elles-mêmes. Par rapport aux autres solutions actuelles, la solution ici développée présente plusieurs avantages : - par rapport aux step's, l'invention peut être installée partout, avec un plus faible besoin de volumes de stockage grâce à la masse volumique supérieure des matières utilisées. - par rapport aux solutions de stockage d'eau grâce à des barrages, l'invention n'est pas sensible à la baisse des quantités d'eau disponibles suite à une sécheresse. - les moyens à mettre en oeuvre sont plus simples (notamment pas de problème de pression maximum limitant le pompage de l'eau ou la compression de l'air). - dans la plupart des situations, le rendement global est supérieur à celui des solutions concurrentes; et notamment quand l'élévation des masses est assurée directement par celui de l'élévation de la source comme dans un dispositif marémoteur, ou tout autre dispositif, par exemple installé sur un cours d'eau dont le dénivelé permet d'obtenir par remplissage/vidage alternatif des cycles de montée/descente du niveau d'eau entre un niveau inférieur et un niveau supérieur. - l'invention ici présentée permet la réutilisation de déchets pondéreux après broyage et agrégation. - les installations mettant en oeuvre l'invention ici présentée peuvent d'autre part être enterrées et diminuer ainsi la pollution visuelle. - les installations mettant en oeuvre l'invention ici présentée peuvent également être embarquées sur un navire à poste dans une baie ou un port, après reconversion. - l'utilisation de matériaux recyclés permet par ailleurs d'obtenir un meilleur bilan carbone. ÉTAT DE LA TECHNOLOGIE De nombreux brevets ont été déposés présentant soit des dispositifs de génération par gravité, soit des 3044367 2 dispositifs de stockage. Parmi les documents présentant des dispositifs de génération par gravité, on peut notamment citer le document anglais WO 2015166235 A2 présentant un "Appareil portable générateur d'énergie électrique", ou encore le document chinois CN 104595131 A présentant un "Dispositif générateur électrique utilisant la puissance obtenue par gravité d'objets roulants", ou un autre document chinois CN 5 10476397 A présentant un "Dispositif générateur électrique par gravité". Parmi les documents présentant des dispositifs de stockage, on peut notamment citer le document français WO 2014160522 Al présentant un "Système de stockage d'énergie déployé dans une masse d'eau". En revanche peu de documents combinent génération et stockage, parmi lesquels on peut citer le document chinois CN 204186540 U présentant un "Générateur de puissance par gravité associé à un dispositif de stockage d'énergie". 10 L'ensemble de ces inventions, si elles ont incontestablement fait progresser l'état de la technique, présentent un certain nombre de points faibles, points faibles que l'invention ici présentée a cherché à corriger, notamment au niveau des possibilités de transformation des énergies dîtes vertes dont d'origine maritime, avec des dispositifs permettant sur demande une continuité de la production. DESCRIPTION DE L'INVENTION 15 L'invention Accumulateur Gravitationnel (100) concerne un ensemble de dispositifs permettant de créer de l'énergie potentielle par élévation de masses mobiles (110) entre un niveau inférieur initial (320) et un niveau supérieur final (310) où elles sont stockées, ladite élévation étant assurée par des systèmes élévateurs (200). Cette énergie est postérieurement restituée à la demande par des systèmes générateurs (400) convertisseurs des forces de gravité engendrées par le retour au niveau inférieur initial desdites 20 masses mobiles; les masses mobiles utilisées sont de préférence de forme sphérique, mais d'autres formes, cylindrique ou parallèlipédique avec moyens de roulement sont utilisables. Suivant la configuration choisie, les installations utilisant l'invention peuvent comporter un où plusieurs systèmes élévateurs et un où plusieurs systèmes générateurs, avec des systèmes de stockage adaptés. L'invention Accumulateur Gravitationnel (100) est constituée d'au moins un dispositif de stockage (300), 25 d'au moins un système élévateur (200), et d'au moins un système générateur (400). Chacun de ces constituants peuvent être assemblés entre eux pour obtenir le type de production souhaité; par exemple, dans un contexte de conversion de forces marémotrices par flotteur, un module de production peut être constitué d'un nombre de systèmes élévateurs (200) deux ou trois plus élevé, en fonction du marnage, que celui des systèmes générateurs (400) de manière à obtenir une production continue. 30 Chaque système élévateur (200) comporte une partie centrale (210) recevant les réceptacles (230) à fond légèrement incurvé des masses mobiles (110) et lesdits réceptacles sont reliés à deux chaînes (220A et 220B) placées de chaque coté, assurant le maintien desdits réceptacles et leur élévation par le mouvement simultané des deux chaînes. Les deux chaînes latérales (220A et 220B) sont mises en rotation, à sens unique, autour de leurs pignons supérieur (212) et inférieur (214) à titre principal par des mouvements 35 linéaires bidirectionnels transmis par la pièce (240), et optionnellement à titre additionnel pour pallier à 3044367 3 l'insuffisance/l'arrêt de la source linéaire principale, voire principal, par un mouvement rotatif engendrée par une source quelconque, par exemple d'une éolienne ou d'un moteur électrique, et directement appliqué à l'un ou l'autre des pignons supérieur (212) et inférieur (214); la rotation de la chaîne dans un seul sens est assurée par un dispositif anti-retour à cliquet (213) de manière à ce que la partie (220A) soit uniquement 5 montante et la partie (220B) soit uniquement descendante. Le déplacement de chaque chaîne est assuré par la pièce (240) et obtenu par la poussée sur les axes des maillons de chaîne, d'une paire d'ergots à cliquets inversés (243,244) solidaires de la source du mouvement mono ou bidirectionnel qui déclenche cette poussée. Ces ergots à cliquets (243,244) sont placés de chacun des cotés montant/descendant de la chaîne de sorte qu'un mouvement linéaire montant 10 de la source déplace la chaîne sur sa partie montante (220A) et qu'un mouvement linéaire descendant de la source déplace la chaîne sur sa partie descendante (220B), de sorte que la chaîne tourne toujours dans le même sens, l'installation étant complétée par le système anti-retour à cliquet (213) décrit plus haut; le mouvement linéaire de la pièce (240) peut, suivant les variantes d'exécution, être appliqué par en haut ou par en bas. Dans sa partie supérieure, la chaîne montante est pourvue d'un dispositif déviateur (215) 15 assurant le basculement des réceptacles et la sortie de la masse mobile à décharger vers le plateau du dispositif de stockage supérieur. Les installations de stockage (300), sont constituées d'au moins un système de stockage de àiiveau inférieur initial (320) et d'au moins un système de stockage de niveau supérieur final (310); le système de stockage supérieur final (310) comporte un dispositif (314) constitué d'une pièce déplacée de haut en bas 20 par exemple par un ensemble crémaillère/moteur-réducteur et autorisant/interdisant l'accès des masses mobiles au système générateur, un dispositif de sécurité (312) du type contacteur déclenchant l'ouverture du dispositif (314) en cas trop-plein, et un dispositif (316) de détection de présence de masses mobiles destiné, en cas d'absence desdites masses, à stopper le système générateur et à maintenir dans leurs emplacements lesdites masses mobiles contenues dans ledit système générateur pour ainsi garder le 25 couple nécessaire au redémarrage dudit système générateur; en cas d'absence de masse mobile, le support de roulement (317), mobile verticalement, est relevé en l'absence de gravité par un ressort et vient déplacer une tringlerie qui met en contact une pièce semi-souple (318) venant bloquer la roue (422) de démultiplication solidaire de celle entrainée par la rotation du système générateur par engrenage avec la couronne crantée périphérique (420). Les plateaux de stockage sont à chaque niveau par ailleurs pourvus 30 de guide maintenant lesdites masses mobiles sur ledit plateau. Les systèmes générateurs sont mis en mouvement par le déplacement des masses mobiles sur un convoyeur qu'elles entrainent. Le dispositif convoyeur peut prendre plusieurs formes sous réserve qu'il puisse être mis en route par une seule des masses mobiles utilisées. L'une des variantes d'exécution possible est du type roue à aubes où les aubes sont remplacées par des 35 godets servant de réceptacles à des masses mobiles de forme sphérique. Dans cette variante, les 3044367 4 systèmes générateurs (400) sont constitués de dispositifs mis en mouvement par la gravité des masses mobiles (110) se déplaçant d'un niveau de stockage supérieur (310) vers un niveau inférieur initial (320). Les forces de gravité sont transformées en mouvement rotatif par un dispositif convoyeur (410) comportant une roue à godets (418) dans lesquels viennent prendre place lesdites masses mobiles (110) en 5 provenance du niveau supérieur, ledit mouvement rotatif produit par le couple généré par la gravité des masses qu'il transporte. Dans ce convoyeur, les entrées (412) et sorties (414) des masses mobiles sont situées à des niveaux assurant un rendement optimum. La disponibilité du couple nécessaire au démarrage de la roue convoyeuse est obtenue par l'arrêt et le maintien dans leur réceptacle des masses mobiles présente dans la partie active de ladite roue, celle-ci étant mise à l'arrêt dès qu'il n' y a plus de 10 masses mobiles présentes à l'entrée; la détection de cette présence peut être assurée par différents moyens, électroniques, optoélectroniques ou mécaniques. Dans la variante ici présentée, cette détection et le blocage de la roue dans sa position d'arrêt est assuré par un ensemble mécanique (316) décrit plus haut. La roue convoyeuse est pourvue dans sa partie active d'un guide (416) maintenant dans leur godet les masses mobiles entre la position d'entrée (412) et la position de sortie (414).La roue convoyeuse est 15 pourvue sur sa périphérie d'une couronne crantée (420) entrainant par engrenage un dispositif démultiplicateur (422) entrainant le/les dispositifs générateurs (424). Optionnellement, un dispositif de régulation mécanique (à boules) ou électronique peut être installé pour contrôler la vitesse de rotation de la roue et celle des générateurs qu'elle entraîne, étant précisé que cet entrainement peut se faire par l'axe principal ou par la couronne (420). 20 L'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de contrôle, de régulation et de pilotage des dispositifs qui la constituent, pour gérer la mise en oeuvre des différents systèmes entre eux ou encore pour commander les libérations/arrêts des masses mobiles parties intégrantes de l'invention. L'invention n'est en rien limitée aux modes de réalisation décrits et présentés dans les figures, qui ne sont illustrées et données qu'à titre d'exemples de variantes d'exécution possibles. Les caractéristiques, buts et 25 avantages de la présente invention ici présentés ne le sont qu'à titre d'exemples non limitatifs. 3044367 5 FIGURES Les dessins annexés illustrent l'invention. Dans sa partie haute, la figure 1 représente une vue de dessus d'une configuration avec un élévateur (200), un générateur (400), et des aires de stockage supérieure (310) et inférieure(320), et dans sa partie 5 centrale et basse une vue de face en coupes superposées des principaux éléments constituant l'invention. REVENDICATIONS1- Accumulateur Gravitationnel (100) constitué de dispositifs d'élévation de masses mobiles entre un niveau inférieur initial et un niveau supérieur, de dispositifs de stockage desdites masses à ces deux niveaux et de dispositifs de conversion en énergie électrique des forces de gravitation engendrées par le déplacement en retour de ces masses du niveau supérieur au niveau inférieur initial. 2- Accumulateur Gravitationnel (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque système élévateur (200) comporte une partie centrale (210) recevant les réceptacles (230) à fond légèrement incurvé des masses mobiles (110) et lesdits réceptacles sont reliés à deux chaînes (220A et 220B) placées de chaque coté, assurant le maintien desdits réceptacles et leur élévation par le mouvement simultané des deux chaînes. 3- Accumulateur Gravitationnel (100) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déplacement des chaînes latérales (220A et 220B) est assuré par une pièce (240) et obtenu par la poussée sur les axes des maillons de chaîne, d'une paire d'ergots à cliquets inversés (243,244) solidaires de la source du mouvement mono ou bidirectionnel qui déclenche cette poussée. Ces ergots à cliquets (243,244) sont placés de chacun des cotés montant/descendant de la chaîne de sorte qu'un mouvement linéaire montant de la source déplace la chaîne sur sa partie montante (220A) et qu'un mouvement linéaire descendant de la source déplace la chaîne sur sa partie descendante (2206). 4- Accumulateur Gravitationnel (100) selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la rotation de la chaîne dans un seul sens est assurée par un dispositif anti-retour à cliquet (213) de manière à ce que la partie (220A) soit uniquement montante et la partie (220B) soit uniquement descendante. 5- Accumulateur Gravitationnel (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que dans sa partie supérieure, la chaîne montante est pourvue d'un dispositif déviateur (215) assurant le basculement des réceptacles et la sortie de la masse mobile à décharger vers le plateau du dispositif de stockage supérieur. 6- Accumulateur Gravitationnel (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (316) de détection de présence de masses mobiles destiné, en cas d'absence desdites masses, à stopper le système générateur et à maintenir dans leurs emplacements lesdites masses mobiles contenues dans ledit système générateur pour ainsi garder le couple nécessaire au redémarrage dudit système générateur; en cas d'absence de masse mobile, le support de roulement 3044367 7 (317), mobile verticalement, est relevé en l'absence de gravité par un ressort et vient déplacer une tringlerie qui met en contact une pièce semi-souple (318) venant bloquer la roue (422) de démultiplication solidaire de celle entrainée par la rotation du système générateur par engrenage avec la couronne crantée périphérique (420). 5 7- Accumulateur Gravitationnel (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un système générateur transformant en mouvement rotatif les forces de gravité par un dispositif convoyeur (410) comportant une roue à godets (418) dans lesquels viennent prendre place les masses mobiles (110) en provenance du niveau supérieur, et que ledit mouvement rotatif est produit par le couple généré par la gravité des masses qu'il transporte. 10 8- Accumulateur Gravitationnel (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un système générateur qui comporte une roue convoyeuse pourvue sur sa périphérie d'une couronne crantée (420) entrainant par engrenage un dispositif démultiplicateur (422) entrainant le/les dispositifs générateurs (424). 9- Accumulateur Gravitationnel (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 15 en ce qu'il comporte des moyens de contrôle, de régulation et de pilotage des dispositifs qui la constituent, pour gérer la mise en oeuvre des différents systèmes entre eux ou encore pour commander les libérations/arrêts des masses mobiles parties intégrantes de l'invention.