FR3149050A1 - Systeme de production d’electricite par gravite - Google Patents

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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/02—Other machines or engines using hydrostatic thrust
    • F03B17/025—Other machines or engines using hydrostatic thrust and reciprocating motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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Abstract

Ce système de production d’électricité (1) comprend au moins un cylindre (2) empli d’un premier fluide (3), au moins un ballon (4) mobile dans ledit cylindre (2), des moyens d’alimentation (5) dudit ballon en un deuxième fluide (6) plus léger que le premier fluide (3) et des moyens de contrôle des moyens d’alimentation (5) pour séquentiellement mettre en œuvre des phases de gonflage et de dégonflage dudit ballon (4) et de déplacement consécutif dudit ballon (4) dans ledit cylindre (2), ledit ballon (4) délimitant dans ledit cylindre (2) une première chambre (9) et une deuxième chambre (10), au moins l’une desdites chambres étant raccordée à une génératrice d’électricité (7) pour produire de l’électricité (8) sous l’action d’un flux de fluide engendré par le déplacement dudit ballon (4) dans le cylindre (2). Figure pour l’abrégé : Fig 1

Description

SYSTEME DE PRODUCTION D’ELECTRICITE PAR GRAVITE
La présente invention concerne la production d’électricité, en particulier un système de conversion utilisant la gravité ainsi que l’énergie mécanique d’un fluide pour produire de l’énergie électrique.
A ce jour, l’énergie électrique peut être produite au moyen de centrales nucléaires, à partir d’une énergie fossile, ou encore à partir d’une énergie renouvelable.
La production d’électricité au moyen d’une énergie renouvelable est avantageuse en ce qu’elle utilise une énergie inépuisable et en ce qu’elle permet une réduction importante des émissions de CO2.
Il existe différentes filières qui permettent de produire de l’électricité à partir d’une énergie renouvelable. Il s’agit par exemple de l’énergie hydraulique, de l’éolien, de l’énergie solaire, ou de la bioénergie.
L’énergie renouvelable utilisée pour la production d’électricité est cependant essentiellement intermittente. La production d’électricité ne peut donc être assurée lorsque l’énergie est indisponible. Tel est en particulier le cas de l’énergie éolienne ou de l’énergie solaire.
On connaît également les stations hydroélectriques de transfert d’énergie par pompage (STEP), qui stockent de l’énergie en pompant l’eau d’un premier bassin inférieur vers un bassin supérieur lors de période de faible consommation et la restituent lors de périodes de forte consommation par turbinage de l’eau du bassin supérieur.
Ces systèmes présentent en revanche des inconvénients liés au rendement énergétique, les STEP comportant bien souvent des pertes énergétiques importantes.
La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précités et de produire de l’énergie électrique en exploitant la gravité et ce, à faible coût.
L’invention a donc pour objet un système de production d’électricité, comprenant au moins un cylindre empli d’un premier fluide, au moins un ballon mobile dans ledit cylindre, des moyens d’alimentation dudit ballon en un deuxième fluide plus léger que le premier fluide et des moyens de contrôle des moyens d’alimentation pour séquentiellement mettre en œuvre des phases de gonflage et de dégonflage dudit ballon et de déplacement consécutif dudit ballon dans ledit cylindre.
Ledit ballon délimite, dans ledit cylindre, une première chambre et une deuxième chambre, au moins l’une desdites chambres étant raccordée à une génératrice d’électricité pour produire de l’électricité sous l’action d’un flux de fluide engendré par le déplacement dudit ballon dans le cylindre.
L’énergie électrique est ainsi produite lors du déplacement du ballon dans le cylindre, au cours des phases de gonflage et de dégonflage du ballon, sous l’effet de la gravité.
Avantageusement, lesdits moyens d’alimentation dudit ballon comprennent un réservoir dans lequel est stocké ledit deuxième fluide plus léger que ledit premier fluide présent dans ledit cylindre.
Selon un mode de réalisation de l’invention, ledit deuxième fluide comprend de l’Hélium.
Selon un autre mode de réalisation, ledit deuxième fluide comprend de l’Hydrogène.
Avantageusement, le réservoir est raccordé audit ballon par une première conduite de gonflage dudit ballon et une deuxième conduite de dégonflage dudit ballon, la première et la deuxième conduite étant équipées chacune d’une vanne.
Avantageusement, la deuxième conduite est associée à un compresseur.
Selon un mode de réalisation de l’invention, lesdites chambres sont chacune équipées d’au moins un évent de décompression ou d’injection d’air selon les phases de gonflage ou de dégonflage du ballon.
Optionnellement, ledit ballon est doté de lests.
Avantageusement, ladite génératrice d’électricité est reliée aux deux chambres et est apte à récupérer l’énergie produite lors des deux phases de gonflage et de dégonflage du ballon selon des sens de rotation de la génératrice respectifs.
Selon un mode de réalisation, ledit ballon est monté sur une vis sans fin axialement déplaçable dans ledit cylindre conjointement avec ledit ballon et fixe en rotation. Le système comprend également une roue rotative sous l’action de la vis sans fin qui est associée à une deuxième génératrice d’électricité pour produire de l’électricité sous l’action de la rotation de la roue.
Avantageusement, ledit ballon est monté par complémentarité de forme dans ledit cylindre. Le système comprend en outre des moyens de récupération d’énergie aptes à convertir les frottements entre ledit ballon et ledit cylindre en électricité.
Dans un mode de mise en œuvre de l’invention, le système comporte plusieurs cylindres montés en parallèle.
L’invention a encore pour objet un procédé de production d’électricité pour la mise en œuvre d’un système tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
– Gonflage d’au moins un ballon par des moyens d’alimentation dudit ballon en fluide et déplacement consécutif dudit ballon dans ledit cylindre ;
– Dégonflage dudit ballon par des moyens de contrôle des moyens d’alimentation dudit ballon en fluide et déplacement consécutif dudit ballon dans ledit cylindre ;
– Conversion en électricité du flux de fluide résultant des déplacements du ballon, au moyen d’au moins une génératrice.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- La est une vue schématique d’un système de production d’électricité conforme à l’invention;
- La est une vue schématique du système unitaire mettant en place une boucle de récupération de l’énergie;
- La est une vue schématique du système unitaire avec des fonctions supplémentaires;et
- La représente schématiquement le principe général du système en structure de batterie.
 Description détaillée
Sur la , on a représenté la structure générale d’un système 1 de production d’électricité par gravité selon un mode de réalisation.
Selon ce mode de réalisation, le système 1 comporte un cylindre 2 empli d’un premier fluide 3, un ballon 4 axialement déplaçable dans le cylindre 2, des moyens d’alimentation 5 du ballon 4 en un deuxième fluide 6 plus léger que le premier fluide 3, c’est-à-dire ayant une masse volumique inférieure à celle du premier fluide, et une génératrice 7 adaptée pour convertir l’énergie d’un flux de fluide résultant du déplacement du ballon 4 dans le cylindre 2, en énergie électrique 8.
On notera que l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation illustré. En effet, dans le mode de réalisation illustré, le système 1 comporte un seul cylindre 2, un seul ballon 4 et une seule génératrice 7. Toutefois, on ne sort pas du cadre de l’invention lorsque le système 1 comporte plusieurs cylindres 2, plusieurs ballons 4 et/ou plusieurs génératrices.
Le ballon 4 est dimensionné pour épouser parfaitement les parois internes du cylindre 2. Il délimite, dans le cylindre 2, une première chambre 9 et une deuxième chambre 10, la première chambre 9 étant raccordée à la génératrice 7. Une vanne 11 placée en amont de la génératrice contrôle l’entrée du flux de fluide dans la génératrice.
La chambre 9 dispose d’un évent 12 et la chambre 10 dispose de deux évents 13. Ces évents 12, 13 sont destinés à la régulation de la pression des chambres 9, 10 selon les déplacements du ballon 4 dans le cylindre 2.
Le cylindre 2 peut mesurer jusqu’à cinquante mètres de diamètre et jusqu’à cent mètres de hauteur. Il peut être, par exemple, en métal, en béton revêtu, en plastique ou en verre.
Le ballon 4 peut être fait, par exemple, d’une combinaison de matériaux souples et rigides tels que le latex fibré ou le polymère chargé et peut être doté de lests 14.
Les moyens d’alimentation 5 du ballon 4, comprennent un réservoir 15 dans lequel est stocké ledit deuxième fluide 6. Le réservoir 15 est raccordé au ballon 4 par une conduite commune 16 raccordée à une première conduite 17 de gonflage du ballon et à une deuxième conduite 18 de dégonflage du ballon 4. La deuxième conduite de dégonflage du ballon 4 est équipée d’un compresseur 19 qui récupère le fluide du ballon 4 pour le réinjecter dans le réservoir 15 lors des phases de dégonflage. La conduite commune 16 est apte à s’adapter à la hauteur du ballon 4 dans le cylindre 2.
Le réservoir 15 peut être composé, par exemple, de matière métallique ou de polymères.
Le système 1 comprend également des moyens de contrôle des moyens d’alimentation 5 afin de gérer les phases successives de gonflage et de dégonflage du ballon 4. Les moyens de contrôle comprennent des vannes 21, 22 respectivement situées sur les conduites 17, 18 de gonflage et de dégonflage du ballon 4, ainsi qu’une unité centrale de commande, non représentée, pilotant les vannes 21 et 22 à l’ouverture et à la fermeture.
Lors des phases de gonflage du ballon 4, la vanne 21 de la première conduite 17 de gonflage du ballon est commandée à l’ouverture pour laisser passer le fluide 6 dans le ballon 4. Le ballon, initialement vide et positionné en bas du cylindre 2, se remplit du deuxième fluide 6 plus léger que le premier fluide 3, et s’élève ainsi dans le cylindre 2. Lors de ces phases de gonflage, la vanne 22 de la deuxième conduite 18 de dégonflage du ballon 4 est fermée. La vanne 11 de la génératrice 7 est également fermée.
L’élévation du ballon 4 dans le cylindre 2 lors du gonflage entraîne une élévation de pression dans la chambre 10, et une ouverture consécutive des évents 13 pour décompresser ladite chambre 10. De même, l’évent 12 injecte de l’air extérieur dans la chambre 9 pour équilibrer la pression dans le cylindre 2.
Lors des phases de dégonflage du ballon 4, la vanne 22 de la deuxième conduite 18 de dégonflage du ballon 4 est commandée à l’ouverture et le compresseur 19 aspire le fluide présent dans le ballon 4. La ballon 4 ainsi vidé redescend par gravité dans le cylindre 2. Lors de ces phases de dégonflage, la vanne 21 de la première conduite 17 de gonflage du ballon 4 est fermée.
Lorsque le ballon 4 redescend lors du dégonflage, la vanne 11 de la génératrice 7 est ouverte et ladite génératrice 7 reçoit le flux du fluide 3 qu’elle transforme ainsi en énergie électrique 8. L’évent 12 de la chambre 9 est fermé afin que la génératrice 7 reçoive l’entièreté de l’énergie mécanique du fluide 3. Les évents 13 s’ouvrent pour injecter de l’air provenant de l’extérieur dans la chambre 10.
Le processus d’ouverture et de fermeture des vannes 21, 22 des moyens de contrôle des moyens d’alimentation 5 permet le recyclage en continu du deuxième fluide 6 destiné à remplir le ballon 4.
Le processus d’ouverture et de fermeture des évents 12, 13 permet de réguler la pression à l’intérieur du cylindre 2, selon les phases de gonflage ou de dégonflage du ballon 4.
Dans un mode de réalisation, le premier fluide 3 est de l’air et le deuxième fluide 6 est un gaz plus léger que l’air tel que l’Hélium ou l’Hydrogène.
Sur la , on a représenté le système de production d’électricité par gravité selon un mode de réalisation spécifique.
Dans ce mode de réalisation, la génératrice d’électricité 7 est reliée à la chambre 9 par un premier conduit 24 et à la chambre 10 par un deuxième conduit 23 formant ainsi une boucle de récupération de l’énergie.
La génératrice 7 est apte à récupérer l’énergie produite par un flux du fluide 3 résultant du déplacement du ballon 4 dans le cylindre 2, lors des deux phases de gonflage et de dégonflage du ballon 4, en alternance.
Lors de la phase de gonflage du ballon 4, le fluide 3 présent dans la chambre 10 et qui est poussé au travers de la génératrice 7, créé une rotation de la génératrice dans un sens A. Le fluide piégé dans la boucle de récupération de l’énergie est injecté dans la chambre 9 exerçant une contrepoussée du ballon 4 vers le point mort haut du cylindre 2.
Lors de la phase de dégonflage du ballon 4, le fluide présent dans la chambre 9 et qui est poussé au travers de la génératrice 7, créé une rotation de la génératrice dans un sens B. Le fluide est injecté dans la chambre 10, exerçant une contrepoussée du ballon 4 vers le bas du cylindre 2.
La génératrice récupère l’énergie mécanique pour la transformer en énergie électrique 8.
Sur la , on a représenté le système de production d’électricité par gravité selon un autre mode de réalisation.
Dans ce mode de réalisation, le ballon 4 est monté sur une vis sans fin 25 axialement déplaçable dans le cylindre 2 et fixe en rotation qui coopère avec une roue 26 dotée d’un filetage femelle dans laquelle s’engage la vis 25. La roue 26 est montée de manière fixe en translation et libre en rotation de sorte que le déplacement de la tige filetée sous l’effet du déplacement du ballon dans le cylindre provoque une rotation de la roue 26. En supplément de la génératrice 7, une deuxième génératrice 27 d’électricité couplée à la roue 26 transforme le mouvement de rotation de la roue en énergie électrique 8.
En outre, dans un mode de mise en œuvre, applicable aux modes de réalisation des figures 1, 2 et 3, des moyens 28 de récupération d’énergie peuvent être utilisés pour convertir les frottements 29 entre le ballon 4 et le cylindre 2, en électricité.
La illustre un mode de réalisation du système 1 en batterie 30, qui comporte plusieurs combinaisons de cylindre-ballon raccordées en parallèle les unes par rapport aux autres. Le réservoir 15 de fluide 6 est conçu de manière à permettre l’alimentation de tous les ballons 4.
Ce mode de réalisation permet notamment de récupérer de l’énergie électrique 8 en continu et à plus grande échelle.
Ce système 1 est élaboré de manière à permettre son utilisation dans n’importe quelle zone géographique de la planète, en intérieur ou en extérieur.

Claims (13)

  1. Système de production d’électricité (1), caractérisé en ce qu’il comprend au moins un cylindre (2) empli d’un premier fluide (3), au moins un ballon (4) mobile dans ledit cylindre (2), des moyens d’alimentation (5) dudit ballon en un deuxième fluide (6) plus léger que le premier fluide (3) et des moyens de contrôle des moyens d’alimentation (5) pour séquentiellement mettre en œuvre des phases de gonflage et de dégonflage dudit ballon (4) et de déplacement consécutif dudit ballon (4) dans ledit cylindre (2), ledit ballon (4) délimitant dans ledit cylindre (2) une première chambre (9) et une deuxième chambre (10), au moins l’une desdites chambres étant raccordée à une génératrice d’électricité (7) pour produire de l’électricité (8) sous l’action d’un flux de fluide engendré par le déplacement dudit ballon (4) dans le cylindre (2).
  2. Système selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens d’alimentation (5) comprennent un réservoir (15) dans lequel est stocké ledit deuxième fluide (6) plus léger que ledit premier fluide (3).
  3. Système selon la revendication 2, dans lequel ledit deuxième fluide (6) comprend de l’Hélium.
  4. Système selon la revendication 2, dans lequel ledit deuxième fluide (6) comprend de l’Hydrogène.
  5. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le réservoir (15) est raccordé audit ballon (4) par une première conduite (17) de gonflage dudit ballon (4) et une deuxième conduite (18) de dégonflage dudit ballon (4), lesdites première et deuxième conduites étant équipées chacune d’une vanne (21, 22).
  6. Système selon la revendication 5, dans lequel la deuxième conduite (18) est associée à un compresseur (19).
  7. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel lesdites chambres (9, 10) sont chacune équipées d’au moins un évent (12, 13) de décompression ou d’injection d’air selon les phases de gonflage ou de dégonflage du ballon.
  8. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit ballon (4) est doté de lests (14).
  9. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel ladite génératrice d’électricité (7) est reliée aux deux chambres (9, 10) et est apte à récupérer l’énergie produite lors des deux phases de gonflage et de dégonflage du ballon (4) selon des sens (A, B) de rotation de la génératrice (7) respectifs.
  10. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel ledit ballon (4) est monté sur une vis sans fin (25) axialement déplaçable dans ledit cylindre (2) conjointement avec ledit ballon (4) et fixe en rotation, et comprenant en outre une roue rotative (26) sous l’action de la vis sans fin (25) et associée à une deuxième génératrice d’électricité (27) pour produire de l’électricité (8) sous l’action de la rotation de la roue (26).
  11. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel ledit ballon (4) est monté par complémentarité de forme dans ledit cylindre (2), et comprenant des moyens de récupération d’énergie (28) aptes à convertir les frottements (29) entre ledit ballon (4) et ledit cylindre (2) en électricité (8).
  12. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant plusieurs cylindres (2) montés en parallèle.
  13. Procédé de production d’électricité pour la mise en œuvre d’un système (1) selon les revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes :
    – Gonflage d’au moins un ballon (4) par des moyens d’alimentation (5) dudit ballon (4) en fluide et déplacement consécutif dudit ballon (4) dans ledit cylindre (2) ;
    – Dégonflage dudit ballon (4) par des moyens de contrôle des moyens d’alimentation (5) dudit ballon (4) en fluide et déplacement consécutif dudit ballon (4) dans ledit cylindre (2) ;
    – Conversion en électricité (8) du flux de fluide résultant des déplacements du ballon (4), au moyen d’au moins une génératrice (7).
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