Brevet FR3104215A1 — publié le 20210611

La présente invention concerne un volant d'inertie sphérique (1) destiné au stockage d’énergie sous forme cinétique. La partie mobile du volant (1) est constituée d'une enveloppe sphérique interne (2) légère et résistante (par exemple en fibre de carbone ou acier inoxydable) remplie d'eau de mer des océans disponible en grande quantité. Le volant (1) d'inertie est un très ancien moyen de stocker de l'énergie. L'eau de mer des océans disponible en grande quantité constitue une masse abondante. Elle sera utilisée dans la présente invention pour constituer la masse inertielle du volant (1) en remplissant une enveloppe sphérique interne (2) légère et résistante (par exemple en fibre de carbone ou acier inoxydable) de cette eau de mer. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Volant d'inertie sphérique, léger, immergeable dans l'océan, dont la masse inertielle est constituée d'eau de mer. La présente invention concerne un volant (1) d'inertie sphérique destiné au stockage d’énergie sous forme cinétique. Le volant (1) d'inertie est un très ancien moyen de stocker de l'énergie. Ce qui en limite le développement est la disponibilité du matériau qui constitue sa masse inertielle. L'eau de mer des océans disponible en grande quantité constitue une masse abondante. Elle sera utilisée dans la présente invention pour constituer la masse inertielle du volant (1) en remplissant une enveloppe sphérique interne (2) légère et résistante (par exemple en fibre de carbone ou acier inoxydable). L'eau de mer est privilégiée dans cette description pour remplir le volant (1) d’inertie, mais tout autre matériau tel que eau douce, terre, sable peut être utilisé pour remplir le volant (1). La forme sphérique du volant (1) d’inertie est privilégiée dans cette description, mais tout autre forme telle que cylindrique ou annulaire peut être utilisée. L’immersion du dispositif dans l'océan, un lac, ou dans le sol permet d'encaisser la décharge instantanée de l'énergie emmagasinée en cas d'explosion du volant (1). L'objectif recherché est obtenu grâce à un dispositif utilisant les éléments suivants : A) Selon une première caractéristique, un volant (1) d'inertie constitué d'une enveloppe sphérique interne légère (2) réalisée avec un matériau léger et résistant, tel que la fibre de carbone, la fibre de verre ou l'acier inoxydable, remplie avec du matériau commun ( eau de mer, eau douce, terre, sable, etc ...), munie d'ailettes (23) pour éviter tout glissement du matériau et équipée d'un rotor électrique (11). une enveloppe sphérique externe (3) réalisée avec un matériau léger et résistant, tel que la fibre de carbone, la fibre de verre ou l'acier inoxydable et équipée d'un stator électrique (12) formant avec le rotor électrique (11) une génératrice réversible (13) permettant de charger ou décharger électriquement le volant (1). Cette enveloppe sphérique externe (3) permet au dispositif de résister à la pression extérieure lors de son immersion dans l'océan ou son enfouissement sous terre et à la dépression intérieure induite par la mise sous vide de la chambre de vide (18). L'utilisation d'une forme sphérique permet le meilleur ratio poids/résistance pour résister à ces deux pressions. L'enveloppe sphérique externe (3) peut être constituée de deux hémisphères reliés par un joint (25) pour permettre le démontage du dispositif. une ouverture supérieure dans l'enveloppe sphérique externe (7a), une ouverture supérieure dans l'enveloppe sphérique interne (7b), une ouverture inférieure dans l'enveloppe sphérique interne (7c), une ouverture inférieure dans l'enveloppe sphérique externe (7d), chacune refermable à l'aide d'un bouchon (6) permettant le remplissage du volant (1) avec du matériau commun ( sphère d'eau de mer en rotation inertielle (17), eau douce, terre, sable, etc ...), puis après fermeture des quatre ouvertures, d'isoler l'intérieur de enveloppe sphérique interne (7a), la chambre de vide (18) et l'eau de mer extérieure statique de l'océan (19). Après fabrication en usine le dispositif rempli d'air bénéficie d'une grande flottabilité avec ses 4 ouvertures fermées et peut être remorqué en mer sur son point d'utilisation. En ouvrant les 4 ouvertures, il est possible une fois arrivé sur le lieu d'installation, de noyer le dispositif dans l’océan avec de l'eau de mer ( à la fois la chambre de vide (18) et l'enveloppe sphérique interne (2) ), puis de fermer les 4 ouvertures pour la suite de l'installation. une pompe à vide (8) permettant dans un premier temps de vider l'eau de mer dans le cas où le volant (1) a été immergé, puis dans un deuxième temps de faire le vide dans la chambre de vide (18) pour permettre au volant de tourner sans frottement aérodynamique. un palier (5) magnétique ou une butée mécanique à bille ou un aimant dont le but est de contrer la masse pesante du volant (1) et un ou deux petits paliers (5) magnétiques ou roulements à billes mécaniques placés en haut et en bas de l'axe de rotation (22) du volant (1) et ayant pour but de contrôler la précession du volant (1). B) Selon une deuxième caractéristique, un cadre (24) permettant de regrouper entre eux plusieurs volants (1) dans une grappe (10) de volants (1). des pieux (16) permettant de fixer le cadre (24) de volants (1) sur le fond de l'océan (21). Ceci afin de le protéger contre les mouvements de la houle. dans le cas où le poids du dispositif est inférieur à la poussée d'Archimède, des câbles (14) permettant de maintenir vers le bas le cadre (24) de volants (1) entre la surface de l'océan (20) et le fond de l'océan (21) et ceci à une profondeur déterminée. C) Selon une troisième caractéristique, une enveloppe sphérique externe (3) thermiquement isolante. un système cryogénique (9) permettant lorsque le volant (1) tourne à faible vitesse et par évaporation d'un fluide frigorigène (26) dans la chambre de vide (18) de refroidir l'enveloppe sphérique interne (2) et la sphère d'eau de mer en rotation inertielle (17) afin de faire fonctionner en supraconductivité les paliers (5) magnétiques et le rotor électrique (11). Une fois le palier (5) magnétique et le rotor électrique (11) arrivés à la température critique de supraconductivité, le vide peut à nouveau être réalisé dans la chambre de vide (18) grâce, soit au compresseur du système cryogénique (9), soit à la pompe à vide (8). La sphère d'eau de mer en rotation inertielle (17) elle aussi refroidie sous forme de glace participe à l'inertie thermique du système lorsque le volant (1) tourne à haute vitesse. La sphère d'eau sous forme de glace est rendue mécaniquement solidaire de l'axe de rotation (22) par des armatures (4). Elle possède en tant que corps devenu solide une capacité à encaisser une partie de la force centrifuge pour permettre d'atteindre une vitesse de rotation du volant (1) plus élevée. Liste des figures Les dessins annexés illustrent l’invention : représente un volant (1) d'inertie suivant une coupe verticale, plongé dans l'eau de mer extérieure statique de l'océan (19). représente le volant (1) d'inertie à l’échelle 1/4 suivant une coupe horizontale et perpendiculaire à son axe de rotation (22) afin de montrer la disposition des ailettes (23) destinées à éviter tout glissement du matériau. représente une grappe (10) de volants (1) remplies d'air, en flottabilité avec ses 4 ouvertures fermées hâlée en mer par un remorqueur (15) sur son point d'utilisation. représente une grappe (10) de volants (1) d'inertie fixée au fond de l'océan (21) par des pieux (16) et pouvant servir de station électrique libre de stockage près d'un parc d'éoliennes. représente une grappe (10) de volants (1) plus légers que l'eau de mer maintenue à une profondeur déterminée par des câbles (14) amarrés au fond de l'océan (21). Liste des éléments Ci dessous la liste des éléments du dispositif : volant (1) enveloppe sphérique interne (2) enveloppe sphérique externe (3) armatures (4) palier (5) bouchon (6) ouverture supérieure enveloppe sphérique externe (7a) ouverture supérieure enveloppe sphérique interne (7b) ouverture inférieure enveloppe sphérique interne (7c) ouverture inférieure enveloppe sphérique externe (7d) pompe à vide (8) système cryogénique (9) grappe (10) rotor électrique (11) stator électrique (12) génératrice réversible (13) câbles (14) remorqueur (15) pieux (16) sphère d'eau de mer en rotation inertielle (17) chambre de vide (18) eau de mer extérieure statique de l'océan (19) surface de l'océan (20) fond de l'océan (21) axe de rotation (22) ailettes (23) cadre (24) joint (25) fluide frigorigène (26) Dispositif permettant de stocker de l’énergie cinétique caractérisé en ce qu'il comporte : au moins un volant (1) d'inertie constitué d'une enveloppe sphérique interne (2) réalisée avec un matériau tel que la fibre de carbone ou la fibre de verre ou l'acier inoxydable, remplie avec du matériau commun tel que l'eau de mer ou eau douce ou terre, ou sable, munie d'ailettes (23) pour éviter tout glissement du matériau et équipée d'un rotor électrique (11), une enveloppe sphérique externe (3) réalisée avec un matériau tel que la fibre de carbone ou la fibre de verre ou l'acier inoxydable et équipée d'un stator électrique (12) formant avec le rotor électrique (11) une génératrice réversible (13) permettant de charger ou décharger électriquement le volant (1), une ouverture supérieure dans l'enveloppe sphérique externe (7a), une ouverture supérieure dans l'enveloppe sphérique interne (7b), une ouverture inférieure dans l'enveloppe sphérique interne (7c), une ouverture inférieure dans l'enveloppe sphérique externe (7d), chacune refermable à l'aide d'un bouchon (6) permettant le remplissage du volant (1) avec du matériau commun tel que l'eau de mer ou eau douce ou terre ou sable, puis après fermeture des quatre ouvertures, d'isoler l'intérieur de l'enveloppe sphérique externe (3) de l'eau de mer extérieure statique de l'océan (19), une pompe à vide (8) permettant dans un premier temps de vider l'eau de mer de l'intérieur de l'enveloppe sphérique externe (3), puis dans un deuxième temps d'y faire le vide pour créer une chambre de vide (18) permettant au volant de tourner sans frottement aérodynamique, un palier (5) magnétique ou une butée mécanique à bille ou un aimant dont le but est de contrer la masse pesante du volant (1) et un ou deux paliers (5) magnétiques ou roulements à billes mécaniques placés en haut et en bas de l'axe de rotation (22) du volant (1) et ayant pour but de contrôler la précession du volant (1), Dispositif, selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs volants (1) regroupés entre eux par un cadre (24) formant ainsi une grappe (10) de volants (1), des pieux (16) permettant de fixer le cadre (24) de volants (1) sur le fond de l'océan (21), dans le cas où le poids du dispositif est inférieur à la poussée d'Archimède, des câbles (14) permettant de maintenir vers le bas le cadre (24) de volants (1) entre la surface de l'océan (20) et le fond de l'océan (21) et ceci à une profondeur déterminée, Dispositif, selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte l'enveloppe sphérique externe (3) thermiquement isolante, un système cryogénique (9) qui, par évaporation d'un fluide frigorigène (26) à l'intérieur de l'enveloppe sphérique externe (3), permet de faire fonctionner en supraconductivité les paliers (5) magnétiques et le rotor électrique (11).