FR2927160A1 - Procede et dispositif de chauffage et/ou de refroidissement utilisant l'eau des profondeurs sous-marines en tant que source froide ou source chaude - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un procédé de chauffage et/ou de refroidissement,caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation d'un circuit de fluide caloporteur en boucle fermée par la mise en oeuvre des étapes suivantes :- l'installation d'au moins un dispositif thermique (1) sur le site que l'on souhaite chauffer ou refroidir ;- l'immersion d'au moins un échangeur thermique (2) à une profondeur sous-marine à laquelle la température de l'eau se situe à un premier niveau ;- le raccordement du dispositif thermique (1) et de l'échangeur (2) par l'intermédiaire de deux conduits respectivement d'amenée (3) et de retour (4), l'un au moins desdits conduits (3, 4) étant équipé d'au moins un dispositif de circulation (5) d'un fluide caloporteur.
Description
10 La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de chauffage et/ou de refroidissement utilisant l'eau des profondeurs sous û marines en tant que source froide ou source chaude. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la production d'un flux d'eau refroidie pouvant être utilisé pour climatiser des locaux. 15 D'une façon générale, on sait qu'il existe déjà des installations de chauffage et/ou de refroidissement utilisant des échangeurs thermiques raccordés à un dispositif permettant de pomper de l'eau de mer à une profondeur sous û marine correspondant à une température recherchée, au moyen d'une pompe 20 connectée à un tuyau partiellement immergé.
L'eau de mer ainsi aspirée passe dans le circuit primaire d'un échangeur pour être ensuite rejetée dans la mer, de préférence à une profondeur correspondant à sa température. Au passage dans ce circuit primaire, l'eau de mer échange 25 des calories avec le circuit secondaire de l'échangeur, lequel peut être par exemple raccordé à une installation de climatisation.
On sait par ailleurs que la mise en oeuvre de cette solution nécessite d'utiliser des tuyaux présentant un diamètre minimal, à savoir généralement des tuyaux 30 ayant au moins 60 centimètres de diamètre interne. En effet, le pompage par aspiration d'un liquide dans un tuyau provoque, en raison des pertes de charge, une diminution de la pression et donc de la température de vaporisation de ce liquide, la température de vaporisation d'un liquide circulant dans un tuyau étant proportionnelle à la pression de ce liquide. Or, la vaporisation du liquide n'est pas souhaitable en raison notamment du phénomène induit de cavitation qui altère la structure des équipements. Ainsi, afin d'éviter la vaporisation indésirable d'un liquide circulant dans une tuyauterie, on utilise des tuyaux présentant un diamètre minimal de manière à réduire les pertes de charge qui dépendent notamment de la surface de frottement du liquide avec la paroi interne du tuyau.
Cependant, l'utilisation de "gros" tuyaux pour ce type d'applications présente notamment les inconvénients suivants : • une infrastructure lourde et chère est rendue nécessaire pour leur transport et/ou leur installation ; • ils se présentent sous forme de barres, ayant généralement une longueur de 12 mètres, qu'il faut souder sur place ; • leurs coûts de fabrication et/ou de transport et/ou de pose élevés augmentent le seuil de rentabilité du dispositif.
L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients en proposant un procédé et un dispositif qui permettent un échange thermique entre un fluide caloporteur circulant en circuit fermé et l'eau de mer située à une profondeur correspondant à une température recherchée, par exemple à une profondeur de 1000 mètres à laquelle la température des océans oscille en moyenne entre 2 et 4 °C. L'usage d'une circulation forcée en circuit fermé permet de repousser la "limite d'aspiration" que l'on peut définir comme le seuil de puissance d'aspiration maximale avant lequel le liquide ne se vaporise, et donc d'utiliser une tuyauterie présentant un petit diamètre intérieur.30 À cet effet, l'invention propose un procédé de chauffage et/ou de refroidissement, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation d'un circuit de fluide caloporteur en boucle fermée par la mise en oeuvre des étapes suivantes : • l'installation d'au moins un dispositif thermique sur le site que l'on souhaite chauffer ou refroidir, ce dispositif thermique pouvant comprendre au moins un vent ilo û convecteur ; • l'immersion d'au moins un échangeur thermique à une profondeur sous - marine à laquelle la température de l'eau se situe à un premier niveau 10 qui correspond à la température désirée ; • le raccordement du dispositif thermique et de l'échangeur thermique par l'intermédiaire de deux conduits respectivement d'amenée et de retour d'un fluide caloporteur, l'un au moins desdits conduits étant équipé d'au moins un dispositif de circulation dudit fluide caloporteur. 15 De cette manière et de façon avantageuse, on obtient dans le circuit en boucle fermée, un équilibre hydrodynamique qui permet de repousser la "limite d'aspiration" et d'utiliser ainsi de plus "petits" conduits d'amenée et de retour.
20 Ainsi, ces conduits pourront présenter un diamètre interne inférieur à 60 centimètres et de préférence compris entre 10 et 25 centimètres.
L'utilisation de "petits" conduits du type susdit présente notamment les avantages suivants : 25 • ils peuvent être présentés sous forme de rouleaux de 100 mètres de longueur, ce qui simplifie leur transport et plus généralement leur déplacement ; • ils sont plus facilement manipulables par les opérateurs ; • ils nécessitent pour leur pose des moyens nautiques (tels que des barges 30 de transport de marchandise, des bateaux de pêche) souvent présents sur le site d'installation et donc bon marché ; • le dispositif nécessaire pour la mise en oeuvre du procédé peut être installé à un prix raisonnable, ce qui permet de rendre cette technologie accessible à des consommateurs "moyens" (tels que des hôtels).
De préférence, le dispositif de circulation dudit fluide caloporteur est compris sur ou dans le conduit descendant à savoir, le conduit dans lequel le fluide caloporteur circule vers l'échangeur thermique immergé.
En outre, de manière avantageuse., la mise en oeuvre du procédé selon 10 l'invention permet notamment de bénéficier des avantages suivants : • la maintenance de cet échangeur est extrêmement réduite voire inexistante ; • l'exploitation de l'invention ne dégrade pas l'environnement en effet, les solutions de l'état de la technique nécessitent de "nettoyer" 15 périodiquement les conduits en injectant une solution chlorée qui se retrouvera immanquablement dans l'environnement marin or, une boucle fermée permet d'éviter cette pollution ; • l'installation, l'exploitation et la maintenance de l'invention sont simplifiées. 20 Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une représentation schématique du dispositif pour la 25 mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La figure 2 est une représentation schématique du dispositif thermique du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. 2927160 -5 La figure 3 est une représentation schématique selon une variante d'exécution de l'invention du dispositif représenté sur la figure 1, ce dispositif comprenant deux échangeurs thermiques sous - marins.
5 La figure 4 est une représentation schématique d'une pompe à chaleur réversible à laquelle les conduits d'amenée et de retour du dispositif selon l'invention peuvent être reliés.
La figure 5 est une représentation schématique d'un échangeur immergé, faisant l'objet d'une dérivation grâce à un conduit de dérivation commandé par deux clapets anti ù retour.
Les figures 6.a et 6.b sont une représentation schématique d'un échangeur immergé comprenant respectivement un élément tubulaire et un élément tubulaire associé à une pompe.
Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend un circuit de fluide caloporteur en boucle fermée comportant notamment : • Un dispositif thermique 1 situé sur le site que l'on souhaite chauffer ou refroidir. • Un échangeur thermique 2 pouvant être notamment mais non exclusivement du type à tubes et calandres. Dans ce cas, cet échangeur thermique 2 comprend de nombreux tubes métalliques ou un serpentin dans lequel(s) circule le fluide caloporteur à refroidir ou à chauffer, les tubes ou le serpentin baignant dans l'eau de mer dans laquelle l'échangeur 2 est immergé, ce qui permet de créer un contact thermique sur une grande surface entre le fluide caloporteur à refroidir ou à chauffer et l'eau de mer. Cet échangeur thermique 2 en l'espèce est immergé à une profondeur sous ù marine à laquelle la température de l'eau se situe à un premier niveau, cette température étant suffisamment - 6 basse pour entraîner un refroidissement du fluide caloporteur à une température souhaitée, afin de permettre un fonctionnement efficace du dispositif thermique 1. • Un conduit d'amenée 3 et un conduit de retour 4 partiellement immergés, ces conduits 3, 4 ayant en l'espèce un "petit" diamètre interne à savoir, de préférence, un diamètre interne inférieur à 60 centimètres. L'extrémité inférieure respective de chacun de ces conduits 3, 4 est reliée audit échangeur thermique 2 tandis que leur extrémité supérieure respective est reliée au dispositif thermique 1 • Au moins un dispositif de circulation 5 du fluide caloporteur, tel qu'une pompe, ce circulateur 5 étant compris sur ou dans l'un desdits conduits d'amenée 3 ou de retour 4 ; plus précisément, ce dispositif de circulation 5 du fluide calporteur est compris préférentiellement sur ou dans le conduit descendant afin que le fluide caloporteur soit pulsé et non aspiré.
Ainsi, dans le cas d'un refroidissement d'un site, par exemple en été, sous l'effet de l'action du dispositif de circulation 5, le fluide caloporteur présent dans le circuit circule successivement : • dans le dispositif thermique 1 où il absorbe des calories du milieu ambiant et en conséquence il s'échauffe (température haute) ; • dans le conduit de retour 4 dans lequel il est pulsé et où il se refroidit progressivement en cédant une fraction des calories qu'il a absorbées dans le dispositif thermique 1 ; • dans l'échangeur immergé 2 où il cède la fraction restante des calories qu'il a absorbées en se refroidissant pour atteindre la basse température désirée (qui est très proche de la température de l'eau de mer à la profondeur à laquelle l'échangeur 2 est immergé) ; • dans le conduit d'amenée 3 qui peut être entouré par une gaine isolante afin de maintenir constante sa température interne et d'éviter ainsi son réchauffement au contact de couches d'eau de mer moins profondes et donc plus chaudes.
Tel que cela est représenté sur la figure 2, le dispositif thermique 1 peut comprendre au moins un ventilo ù convecteur 1' relié à une centrale à eau glacée 1" afin de constituer une boucle d'eau glacée 20 connectée auxdits conduits d'amenée et de retour 3, 4 (non représentés). Plus précisément, ce dispositif thermique 1 comprend en l'espèce quatre ventilo ù convecteurs 1' disposés en parallèle, chaque ventilo ù convecteur 1' étant relié respectivement en entrée et en sortie par une branche d'un conduit amont 21 et d'un conduit aval 22 de la boucle d'eau glacée 20. Ces conduits amont 21 et aval 22 sont connectés à l'entrée et à la sortie de ladite centrale d'eau glacée 1" qui permet de maintenir voire de baisser la température de l'eau circulant dans la boucle 20, cette dernière permettant ainsi par exemple de transférer les frigories de l'eau glacée dans l'air d'une pièce à climatiser.
Bien entendu, le dispositif selon l'invention ne se limite pas au refroidissement d'un site. En effet, ce dispositif peut également servir au réchauffement de ce site, par exemple en hiver. Dans ce cas, tel que cela est représenté sur la figure 3, le conduit de retour 4 pourra être équipé d'un deuxième échangeur 9 situé à une profondeur où la température de l'eau est maximale en hiver. Le sens de circulation du fluide caloporteur sera inversé de manière à obtenir le cycle de fonctionnement suivant : • dans le dispositif thermique 1, le fluide caloporteur dont la température 25 est relativement élevée cède des calories au milieu ambiant en se refroidissant ; • au passage dans le conduit: d'amenée 3, sa température peut être maintenue constante grâce une gaine isolante du type susdit ; • le fluide caloporteur ne passe pas dans le premier échangeur 2 qui fait 30 l'objet d'une dérivation grâce à un conduit de dérivation 11 commandé par deux clapets anti ù retour 12 disposés, tel que cela est représenté sur - 8 la figure 5, respectivement à l'entrée et à la sortie dudit conduit de dérivation 11, ces clapets 12 qui sont orientés dans un sens opposé pouvant être du type à ressort ; • le fluide caloporteur emprunte un premier tronçon 10 du conduit de retour 4 aboutissant au deuxième échangeur 9. Dans ce tronçon 10, la température du liquide caloporteur peut être maintenue sensiblement constante grâce à l'usage d'une gaine isolante entourant au moins une partie du tronçon 10 ; • dans le deuxième échangeur 9, le liquide caloporteur subit un réchauffement qui l'amène à une température proche de l'eau de mer à la profondeur Il ; • le fluide caloporteur réchauffé dans le deuxième échangeur 9 retourne au dispositif thermique 1 grâce à un tronçon du conduit de retour 4 (éventuellement calorifugé lors de son trajet hors de l'eau de mer).
En fonctionnement de refroidissement, le circulateur 5 sera commandé de manière à provoquer une circulation du fluide en sens inverse. Dans ce cas, grâce aux clapets anti ù retour 12, le fluide caloporteur passera dans le premier échangeur 2. En utilisant un circuit de dérivation 11 analogue à celui équipant le premier échangeur 2, le deuxième échangeur 9 pourra faire l'objet d'une dérivation. On obtient ainsi un fonctionnement similaire à celui du mode d'exécution illustré figure 1.
Dans l'exemple illustré sur la figure 4, le dispositif est couplé à une pompe à chaleur 6, de conception classique comportant un échangeur 7 d'absorption de calories et un échangeur 8 de restitution de calories, cette pompe à chaleur 6 constituant le dispositif thermique 1. Chacun de ces deux échangeurs 7, 8 comprend un circuit primaire 7', 8' faisant partie du circuit de la pompe à chaleur 6 et un circuit secondaire 7", 8" pouvant se connecter grâce à un circuit de connexion, soit à un circuit de chauffage ou de refroidissement, soit aux conduits d'amenée 3 et de retour 4 d'un circuit en boucle fermée comportant un circulateur 5 et deux échangeurs immergés 2, 9 du type de ceux représentés figure 3, éventuellement munis de circuits de dérivation 11.
Ainsi, dans le cas d'un refroidissement d'un site, les conduits d'amenée 3 et de retour 4 sont connectés au circuit secondaire 8" de l'échangeur 8 de restitution de calories, le processus permettant le refroidissement s'effectuant alors de la manière suivante : • ledit fluide caloporteur circule successivement : o dans le premier échangeur 2 où il est refroidi ; o dans le conduit d'amenée 3 ; o dans ledit circuit secondaire 8" de l'échangeur 8 de restitution de calories où il absorbe les calories restituées par le fluide circulant dans le circuit: primaire 8' dudit échangeur 8 ; o dans le circuit de retour 4 où il se refroidit progressivement ; • le fluide circulant dans le circuit de la pompe à chaleur 6 circule successivement : o dans le circuit primaire 8' de l'échangeur 8 où il restitue ses calories audit fluide caloporteur afin d'atteindre une température basse ; o dans le circuit primaire 7' de l'échangeur d'absorption 7 de calories où il absorbe les calories d'un fluide circulant dans le circuit secondaire 7" correspondant qui peut être connecté à un circuit de refroidissement.
Par contre, dans le cas d'un réchauffement d'un site, les conduits d'amenée 3 et de retour 4 sont connectés au circuit secondaire 7" de l'échangeur 7 d'absorption de calories, le processus permettant le réchauffement s'effectuant alors de la manière suivante : • ledit fluide caloporteur circule successivement : o dans le deuxième échangeur 9 où il est réchauffé ; o dans le conduit de retour 4 ; 2927160 -10- o dans ledit circuit secondaire 7" de l'échangeur 7 d'absorption de calories où il cède ses calories au fluide circulant dans le circuit primaire 7' dudit échangeur 7 ; o dans le circuit d'amenée 3 ; 5 • le fluide circulant dans le circuit de la pompe à chaleur 6 circule successivement : o dans le circuit primaire 7' de l'échangeur 7 où il absorbe les calories transportées par ledit fluide caloporteur ; o dans le circuit primaire 8' de l'échangeur de restitution 8 de 10 calories où il restitue ses calories à un fluide circulant dans le circuit secondaire 8" correspondant qui peut être connecté à un circuit de chauffage.
Avantageusement et de manière préférentielle, lesdits premier et second 15 échangeurs thermiques 2, 9 ne comprennent pas de pièces en mouvement, leur maintenance étant ainsi quasi ù inexistante.
En outre, on sait que les demandes de production de chaleur et de froid varient en fonction des saisons, des conditions climatiques, mais aussi des heures de la 20 journée. Ainsi, il existe des pics et des creux de consommation.
Afin de répondre de manière satisfaisante à ces variations de la demande, il est possible d'utiliser : • un dispositif de chauffage et:/ou de refroidissement selon l'invention, 25 conformé et dimensionné de manière à pouvoir répondre aux pics de consommation, et qui fonctionne en mode dégradé le reste du temps ; ou • un dispositif de chauffage et/ou de refroidissement selon l'invention, conformé et dimensionné de manière à pouvoir répondre à une 30 consommation moyenne, ce dispositif de chauffage et/ou de 2927160 -11- refroidissement comprenant un système de stockage de frigories permettant de faire face aux pics de demande.
De manière préférentielle, ledit système de stockage de frigories peut 5 présenter les caractéristiques suivantes : • il est dimensionné de manière à pouvoir fournir au moins le tiers des besoins en production de froid pendant une journée chaude ; • son isolation calorifique est calculée de manière à ce qu'il ne perde pas plus de 10% de capacité frigorifique par tranche de 24 heures ; 10 • sa capacité de stockage est sensiblement égale à 500 kWh.
Selon une variante d'exécution de l'invention, ce dispositif de stockage peut consister en un réservoir d'un fluide tel que de l'eau, dont la température est abaissée en utilisant le froid excédentaire nocturne , l'eau glacée de ce 15 réservoir étant utilisée afin de satisfaire les pics de demandes diurnes de production de froid.
Selon cette variante d'exécution de l'invention, ce réservoir est préférentiellement divisé en strates horizontales au moyen de plaques semi ù 20 perméables afin de permettre à l'eau contenue dans ce réservoir de se répartir par couches stratifiées, chaque couche ayant un niveau de température déterminé et les couches les plus froides demeurant dans la partie basse du réservoir, ce dernier pouvant être connecté audit dispositif thermique 1. Les couches les plus froides de ce réservoir peuvent être par exemple alimentées 25 par de l'eau pompée, de préférence la nuit, dans les profondeurs sous - marines.
Selon une autre variante d'exécution de l'invention, ce dispositif de stockage peut consister en un réservoir disposé en surface et comprenant un fluide dont 30 la température de solidification est comprise dans un intervalle déterminé, par exemple entre 8° et 10° C. De cette manière, le passage d'un flux d'eau glacée 2927160 - 12 - dans ce réservoir, dont la température est inférieure à cette température de solidification (par exemple, une température proche de 0° C), permet de provoquer une solidification dudit fluide, ce changement de phase entraînant une restitution de chaleur qui est sensiblement proportionnelle à la masse et à 5 la chaleur latente de solidification du fluide. Ainsi, le flux d'eau en sortie du réservoir sera réchauffé grâce à cette restitution de chaleur résultant de la solidification dudit fluide.
A l'inverse, le passage d'un flux d'eau réchauffé dans ce réservoir, dont la 10 température est supérieure à ladite température de solidification (par exemple, une température de 10° C), permet de provoquer une fusion dudit fluide, ce changement de phase entraînant une absorption de chaleur qui est sensiblement proportionnelle à la masse et à la chaleur latente de fusion du fluide. Ainsi, le flux d'eau en sortie du réservoir sera rafraîchi grâce à cette 15 absorption de chaleur résultant de la fusion dudit fluide.
De cette manière, à titre d'exemple non limitatif, dans le cas où l'on désire provoquer une solidification dudit fluide compris dans le réservoir, on pourra connecter le conduit d'amenée 3 et Le conduit de retour 4 du circuit du fluide 20 caloporteur respectivement à l'entrée et à la sortie dudit réservoir, le fluide caloporteur présent dans le circuit circule alors successivement : • dans le conduit de retour 4 dans lequel il est pulsé et où il se refroidit progressivement ; • dans l'échangeur immergé 2 où il cède la fraction restante des calories 25 qu'il a absorbées en se refroidissant pour atteindre la basse température désirée ; • dans le conduit d'amenée 3 qui peut être entouré par une gaine isolante afin de maintenir constante sa température interne ; • dans ledit réservoir où sa faible température permet de provoquer la 30 solidification au moins partielle du fluide compris dans ce réservoir, le fluide caloporteur étant ainsi réchauffé ; 2927160 - 13 -• dans le conduit de retour 4 ou dans le dispositif thermique 1 du type susdit.
Ainsi, ce fonctionnement est particulièrement propice la nuit en effet, le fluide 5 caloporteur qui circule dans le conduit d'amenée 3 est plus froid, ce qui permet donc de provoquer la solidification du fluide compris dans le réservoir.
Toujours à titre d'exemple non limitatif, au cours de la journée, le sens de circulation du fluide caloporteur peut être inversé de manière à ce que ce 10 dernier circule successivement : • dans le conduit d'amenée 3 ; • dans le premier échangeur 2 ou préférentiellement dans le deuxième échangeur 9 où sa température est amenée à une température proche du niveau de l'eau de mer auquel les échangeurs 2, 9 sont immergés ; 15 • dans le conduit de retour 4 ; • dans ledit réservoir où sa température permet de provoquer la fusion au moins partielle du fluide compris dans ce réservoir, le fluide caloporteur étant ainsi refroidi ; • dans le conduit d'amenée 3 ou dans le dispositif thermique 1 du type 20 susdit.
De cette façon, la fusion du fluide compris dans le réservoir permet de refroidir le fluide caloporteur, ce réservoir qui peut être connecté audit dispositif thermique 1 constitue ainsi une réserve immédiatement disponible 25 de frigories, cette réserve pouvant être exploitée pour faire face à un pic de la demande de froid.
De manière évidente, le circuit du fluide caloporteur peut comprendre un circuit de dérivation pouvant être muni de vannes ou de clapets, qui permet au 30 fluide caloporteur de contourner le passage dans ledit réservoir lorsqu'il n'est pas jugé nécessaire d'avoir une réserve de frigories. 2927160 -14- A titre d'exemple non limitatif, ledit fluide pouvant être compris dans le réservoir, peut être un acide gras de formule générale CH3 ù (CH2)n ù COOH (où n vaut de 2 à 16), tel que notamment l'acide laurique, l'acide myristique, 5 l'acide stéarique, ou un mélange d'acides gras permettant de fixer la température de fusion à une (des) valeur(s) déterminée(s).
En outre, les chaleurs latentes des différents acides gras se répartissent sur un intervalle relativement important d'une échelle thermométrique. Ainsi, dans le 10 cas où ledit fluide est un mélange d'acides gras, la solidification ou la fusion s'effectuera de manière progressive : à titre d'exemple, chaque acide gras participant audit mélange changera d'état en fonction de sa température propre de solidification de cette manière, le mélange d'acides gras se solidifiera progressivement en passant au cours du processus de changement d'état, par 15 un état pâteux lui permettant d'épouser la forme du réservoir.
Par ailleurs, de manière préférentielle, chaque échangeur 2, 9 est réalisé en cupronickel (CuNi 10) et est de type tubulaire, cet échangeur 2,9 comprenant alors un réseau de tubes sensiblement parallèles conformés et disposés de 20 manière à permettre au liquide caloporteur de circuler plus lentement que dans le conduit d'amenée 3 et de retour 4. ce qui se traduit par une augmentation du temps d'échange thermique entre le fluide caloporteur et l'eau de mer dans laquelle l'échangeur 2, 9 est immergé.
25 A titre d'exemple non limitatif, de manière préférentielle, un échangeur 2, 9 type peut présenter une structure permettant d'obtenir les résultats suivants : • la vitesse de circulation du fluide caloporteur dans l'échangeur 2, 9 est de 1 mètre par seconde ; • le débit en sortie de l'échangeur 2, 9 est de 30 m3 par heure ; 30 • le rapport entre le volume de l'échangeur 2, 9 et le volume de la tuyauterie interne est de 50 pour 1 ; 2927160 - 15 - • la température (en degré Celsius) du fluide caloporteur à la sortie de l'échangeur 2, 9 est sensiblement égale à la température du milieu ambiant dans lequel l'échangeur 2, 9 est immergé à laquelle est ajouté 0,5° C. 5 Avantageusement, selon une variante d'exécution de l'invention, tel que cela est représenté sur la figure 6.a, l'échangeur 2, 9 peut être à "convection contrôlée". Ainsi, cet échangeur 2, 9 peut comprendre un élément tubulaire 30 axé en l'espèce verticalement, dans l'espace intérieur duquel s'étendent 10 coaxialement les tubes métalliques ou le serpentin dudit échangeur 2, 9.
De cette façon, on favorise la convection naturelle en créant un mouvement (en l'espèce ascendant) du fluide dans lequel sont immergés les tubes métalliques ou le serpentin, à savoir en l'espèce de l'eau de mer, ce qui permet 15 d'optimiser le rendement énergétique desdits échangeurs 2, 9.
De manière avantageuse, tel que cela est représenté sur la figure 6.b, l'échangeur 2, 9 immergé peut être à "convection forcée" et comprend alors en plus un moyen tel qu'une pompe de circulation 31 qui permet d'optimiser 20 encore plus le rendement énergétique desdits échangeurs 2, 9.
Chaque échangeur 2, 9 peut ainsi être du type à "convection naturelle", ou à "convection contrôlée", ou à "convection forcée". De plus, chaque échangeur 2, 9 peut être hybride et consister en la combinaison de plusieurs desdits types 25 d'échangeur 2, 9.
Claims (24)
1. Procédé de chauffage et/ou de refroidissement, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation d'un circuit de fluide caloporteur 5 en boucle fermée par la mise en oeuvre des étapes suivantes : • l'installation d'au moins un dispositif thermique (1) sur le site que l'on souhaite chauffer ou refroidir ; • l'immersion d'au moins un échangeur thermique (2) à une profondeur sous - marine à laquelle la température de l'eau se situe à un premier 10 niveau ; • le raccordement du dispositif thermique (1) et de l'échangeur (2) par l'intermédiaire de deux conduits respectivement d'amenée (3) et de retour (4), l'un au moins desdits conduits (3, 4) étant équipé d'au moins un dispositif de circulation (5) d'un fluide caloporteur. 15
2. Dispositif de chauffage et/ou de refroidissement pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de fluide caloporteur en boucle fermée comportant un dispositif thermique (1) situé sur le site que l'on 20 souhaite chauffer ou refroidir, ce dispositif thermique (1) étant relié à au moins un échangeur thermique (2) immergé à une profondeur sous û marine à laquelle la température de l'eau se situe à un premier niveau, par l'intermédiaire de deux conduits respectivement d'amenée (3) et de retour (4), l'un au moins desdits conduits (3, 4) étant équipé d'un dispositif de circulation 25 (5) du fluide caloporteur.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (2) est du type à tubes et calandres. 30 2927160 -17-
4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le conduit d'amenée (3) et/ou le conduit de retour (4) est au moins en partie recouvert d'une gaine thermiquement isolante.
5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le conduit de retour (4) est équipé d'un second échangeur (9).
6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le circuit cle fluide caloporteur en boucle fermée comprend au moins un conduit de dérivation (11) commandé par deux clapets anti ù retour (12) disposés respectivement à l'entrée et à la sortie dudit conduit de dérivation (11), ces clapets (12;) qui sont orientés dans un sens opposé pouvant être du type à ressort.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de fluide caloporteur en boucle fermée comprend deux conduits de dérivation (11) qui permettent respectivement de dériver le premier échangeur (2) et le second échangeur (9).
8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que dans le cas d'un refroidissement d'un site sous l'effet du dispositif de circulation (5), le fluide caloporteur présent dans le circuit circule successivement : • dans le dispositif thermique (1) où il absorbe des calories du milieu ambiant et en conséquence il s'échauffe ; • dans le conduit de retour (4) où il se refroidit progressivement en cédant une fraction des calories qu'il a absorbées dans le dispositif thermique (1) ; • dans l'échangeur (2) où il cède la fraction restante des calories qu'il a absorbées en se refroidissant pour atteindre la basse température désirée 2927160 - 18 - qui correspond sensiblement à la température de l'eau de mer à la profondeur à laquelle l'échangeur (2) est immergé ; • dans le conduit d'amenée (3) qui peut être entouré par une gaine isolante afin de maintenir constante sa température interne et d'éviter 5 ainsi son réchauffement au contact de couches d'eau de mer moins profondes et donc plus chaudes.
9. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que dans le cas d'un réchauffement d'un site sous l'effet du 10 dispositif de circulation (5), le sens de circulation du fluide caloporteur est inversé de manière à obtenir le cycle de fonctionnement suivant : • dans le dispositif thermique (1), le fluide caloporteur dont la température est relativement élevée cède des calories au milieu ambiant en se refroidissant ; 15 • au passage dans le conduit d'amenée (3), sa température peut être maintenue constante grâce une gaine isolante du type susdit ; • le fluide caloporteur ne passe pas dans le premier échangeur (2) qui fait l'objet d'une dérivation grâce à un conduit de dérivation (11) commandé par deux clapets anti û retour (12) ; 20 • le fluide caloporteur emprunte un premier tronçon (10) du conduit de retour (4) aboutissant au deuxième échangeur (9) ; dans ce tronçon (10), la température du liquide caloporteur peut être maintenue sensiblement constante grâce à l'usage d'une gaine isolante entourant au moins une partie du tronçon (10) ; 25 • dans le deuxième échangeur (9), le liquide caloporteur subit un réchauffement qui l'amène à une température proche de l'eau de mer à la profondeur (I1) ; • le fluide caloporteur réchauffé dans le deuxième échangeur (9) retourne au dispositif thermique (1) grâce à un tronçon du conduit de retour (4). 30 2927160 - 19-
10. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'en fonctionnement de refroidissement, le circulateur (5) est commandé de manière à provoquer une circulation du fluide en sens inverse ; dans ce cas, grâce aux clapets anti ù retour (12), le fluide caloporteur 5 passera dans le premier échangeur (2) ; le deuxième échangeur (9) pouvant faire l'objet d'une dérivation en utilisant un circuit de dérivation (11) analogue à celui équipant le premier échangeur (2).
11. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 10, 10 caractérisé en ce qu'il est couplé à une pompe à chaleur (6), de conception classique comportant un échangeur (7) d'absorption de calories et un échangeur (8) de restitution de calories, cette pompe à chaleur (6) constituant ledit dispositif thermique (1) ; chacun de ces deux échangeurs (7, 8) comprend un circuit primaire (7', 8') faisant partie du circuit de la pompe à chaleur (6) et 15 un circuit secondaire (7", 8") pouvant se connecter grâce à un circuit de connexion, soit à un circuit de chauffage ou de refroidissement, soit aux conduits d'amenée (3) et de retour (4) d'un circuit en boucle fermée comportant un circulateur (5) et deux échangeurs immergés (2, 9) éventuellement munis de circuits de dérivation (11). 20
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que dans le cas d'un refroidissement d'un site, les conduits d'amenée (3) et de retour (4) sont connectés au circuit secondaire (8") de l'échangeur (8) de restitution de calories, le processus permettant le 25 refroidissement s'effectuant alors de la manière suivante : • ledit fluide caloporteur circule successivement : o dans le premier échangeur (2) où il est refroidi ; o dans le conduit d'amenée (3) ; o dans ledit circuit secondaire (8") de l'échangeur (8) de restitution 30 de calories où il absorbe les calories restituées par le fluide circulant dans le circuit primaire (8') dudit échangeur (8) ;- 20 - o dans le circuit de retour (4) où il se refroidit progressivement ; • le fluide circulant dans le circuit de la pompe à chaleur (6) circule successivement : o dans le circuit primaire (8') de l'échangeur (8) où il restitue ses calories audit fluide caloporteur afin d'atteindre une température basse ; o dans le circuit primaire (7') de l'échangeur d'absorption (7) de calories où il absorbe les calories d'un fluide circulant dans le circuit secondaire (7") correspondant qui peut être connecté à un circuit de refroidissement.
13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que dans le cas d'un réchauffement d'un site, les conduits d'amenée (3) et de retour (4) sont connectés au circuit secondaire (7") de 15 l'échangeur (7) d'absorption de calories, le processus permettant le réchauffement s'effectuant alors de la manière suivante : • ledit fluide caloporteur circule successivement : o dans le deuxième échangeur (9) où il est réchauffé ; o dans le conduit de retour (4) ; 20 o dans ledit circuit secondaire (7") de l'échangeur (7) d'absorption de calories où il cède ses calories au fluide circulant dans le circuit primaire (7') dudit échangeur (7) ; o dans le circuit d'amenée (3) ; • le fluide circulant dans le circuit de la pompe à chaleur (6) circule 25 successivement : o dans le circuit primaire (7') de l'échangeur (7) où il absorbe les calories transportées par ledit fluide caloporteur ; o dans le circuit primaire (8') de l'échangeur de restitution (8) de calories où il restitue ses calories à un fluide circulant dans le 30 circuit secondaire (8") correspondant qui peut être connecté à un circuit de chauffage. 10 2927160 -21-
14. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que le dispositif thermique (1) comprend au moins un ventilo ù convecteur (1') relié à une centrale à eau glacée (1") afin de constituer une 5 boucle d'eau glacée (20) connectée auxdits conduits d'amenée et de retour (3, 4) ; ce dispositif thermique (1) comprend des ventilo ù convecteurs (1') disposés en parallèle, chaque ventilo ù convecteur (1') étant relié respectivement en entrée et en sortie par une branche d'un conduit amont (21) et d'un conduit aval (22) de la boucle d'eau glacée (20) ; ces conduits amont (21) et aval (22) sont connectés à l'entrée et à la sortie de ladite centrale d'eau glacée (1") qui permet de maintenir voire de baisser la température de l'eau circulant dans la boucle (20), cette dernière permettant ainsi par exemple de transférer les frigories de l'eau glacée dans l'air d'une pièce à climatiser.
15. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 14, caractérisé en ce que les conduits d'amenée (3) et de retour (4) présentent un diamètre interne inférieur à 60 centimètres.
16. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend un système de stockage de frigories.
17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que ce dispositif de stockage consiste en un réservoir d'un fluide tel que de l'eau, dont la température est abaissée en utilisant le froid excédentaire nocturne , l'eau glacée de ce réservoir étant utilisée afin de satisfaire les pics de demandes diurnes de production de froid ; ce réservoir est divisé en strates horizontales au moyen de plaques semi ù perméables afin de permettre à l'eau contenue dans ce réservoir de se répartir par couches stratifiées, chaque couche ayant un niveau de température déterminé et les 2927160 - 22 - couches les plus froides demeurant dans la partie basse du réservoir, ce dernier pouvant être connecté audit dispositif thermique (1).
18. Dispositif selon la revendication 16, 5 caractérisé en ce que ce dispositif de stockage consiste en un réservoir disposé en surface et comprenant un fluide dont la température de solidification est comprise dans un intervalle déterminé ; de cette manière, le passage d'un flux d'eau glacée dans ce réservoir, dont la température est inférieure à cette température de solidification permet de provoquer une solidification dudit 10 fluide, ce changement de phase entraînant une restitution de chaleur qui est sensiblement proportionnelle à la masse et à la chaleur latente de solidification du fluide ; ainsi, le flux d'eau en sortie du réservoir sera réchauffé grâce à cette restitution de chaleur résultant de la solidification dudit fluide ; à l'inverse, le passage d'un flux d'eau réchauffé dans ce réservoir, dont la 15 température est supérieure à ladite température de solidification permet de provoquer une fusion dudit fluide, ce changement de phase entraînant une absorption de chaleur qui est sensiblement proportionnelle à la masse et à la chaleur latente de fusion du fluide ; ainsi, le flux d'eau en sortie du réservoir sera rafraîchi grâce à cette absorption de chaleur résultant de la fusion dudit 20 fluide.
19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que : • dans le cas où l'on désire provoquer une solidification dudit fluide 25 compris dans le réservoir, le conduit d'amenée (3) et le conduit de retour (4) du circuit du fluide caloporteur sont connectés respectivement à l'entrée et à la sortie dudit réservoir, le fluide caloporteur présent dans le circuit circule alors successivement : o dans le conduit de retour (4) dans lequel il est pulsé et où il se 30 refroidit progressivement ; 2927160 - 23 - o dans l'échangeur immergé (2) où il cède la fraction restante des calories qu'il a absorbées en se refroidissant pour atteindre la basse température désirée ; o dans le conduit d'amenée (3) qui peut être entouré par une gaine isolante afin de maintenir constante sa température interne ; o dans ledit réservoir où sa faible température permet de provoquer la solidification au moins partielle du fluide compris dans ce réservoir, le fluide caloporteur étant ainsi réchauffé ; o dans le conduit de retour (4) ou dans le dispositif thermique (1) du type susdit ; • au cours de la journée, le sens de circulation du fluide caloporteur est inversé de manière à ce que ce dernier circule successivement : o dans le conduit d'amenée (3) ; o dans le premier échangeur (2) ou dans le deuxième échangeur 15 (9) où sa température est amenée à une température proche du niveau de l'eau de mer auquel les échangeurs (2, 9) sont immergés ; o dans le conduit de retour (4) ; o dans ledit réservoir où sa température permet de provoquer la 20 fusion au moins partielle du fluide compris dans ce réservoir, le fluide caloporteur étant ainsi refroidi ; o dans le conduit d'amenée (3) ou dans le dispositif thermique (1) du type susdit ; de cette façon, la fusion du fluide compris dans le réservoir permet de refroidir 25 le fluide caloporteur, ce réservoir qui peut être connecté audit dispositif thermique (1) constitue ainsi une réserve immédiatement disponible de frigories, cette réserve pouvant être exploitée pour faire face à un pic de la demande de froid. 5 10- 24 -
20. Dispositif selon l'une des revendications 18 et 19, caractérisé en ce que le circuit du fluide caloporteur comprend un circuit de dérivation qui permet au fluide caloporteur de contourner le passage dans ledit réservoir lorsqu'il n'est pas jugé nécessaire d'avoir une réserve de frigories.
21. Dispositif selon l'une des revendications 18 à 20, caractérisé en ce que le fluide pouvant être compris dans le réservoir, est un acide gras de formule générale CH3 û (CH2)n û COOH (où n vaut de 2 à 16), tel que notamment l'acide laurique, l'acide myristique, l'acide stéarique, ou un mélange d'acides gras permettant de fixer la température de fusion à une (des) valeur(s) déterminée(s).
22. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 21, caractérisé en ce que chaque échangeur (2, 9) est réalisé en cupronickel (CuNi 10) et est de type tubulaire, cet échangeur (2,9) comprenant alors un réseau de tubes sensiblement parallèles conformés et disposés de manière à permettre au liquide caloporteur de circuler plus lentement que dans le conduit d'amenée (3) et de retour (4), ce qui se traduit par une augmentation du temps d'échange thermique entre le fluide caloporteur et l'eau de mer dans laquelle l'échangeur (2, 9) est immergé.
23. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 22, caractérisé en ce que l'échangeur (2, 9) comprend un élément tubulaire (30) dans l'espace intérieur duquel s'étendent les tubes métalliques ou le serpentin 25 dudit échangeur (2, 9).
24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'échangeur (2, 9) comprend un moyen tel qu'une pompe de circulation (31). 30
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Also Published As
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