FR3054878B1 - Dispositif de stockage d'energie thermique - Google Patents

Dispositif de stockage d'energie thermique Download PDF

Info

Publication number
FR3054878B1
FR3054878B1 FR1657598A FR1657598A FR3054878B1 FR 3054878 B1 FR3054878 B1 FR 3054878B1 FR 1657598 A FR1657598 A FR 1657598A FR 1657598 A FR1657598 A FR 1657598A FR 3054878 B1 FR3054878 B1 FR 3054878B1
Authority
FR
France
Prior art keywords
thermal energy
region
transfer
fluid
duct
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
FR1657598A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3054878A1 (fr
Inventor
Jean-Luc Bertrand
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bertrand Jean Luc
Original Assignee
Bertrand Jean Luc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bertrand Jean Luc filed Critical Bertrand Jean Luc
Priority to FR1657598A priority Critical patent/FR3054878B1/fr
Priority to PCT/FR2017/052198 priority patent/WO2018025000A1/fr
Publication of FR3054878A1 publication Critical patent/FR3054878A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3054878B1 publication Critical patent/FR3054878B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/028—Control arrangements therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0015—Domestic hot-water supply systems using solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1066—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
    • F24D19/1075—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water the system uses solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/005—Hot-water central heating systems combined with solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0056—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using solid heat storage material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/026—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat with different heat storage materials not coming into direct contact
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00—Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/10—Heat storage materials, e.g. phase change materials or static water enclosed in a space
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
    • F28D2020/0069—Distributing arrangements; Fluid deflecting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
    • F28D2020/0082—Multiple tanks arrangements, e.g. adjacent tanks, tank in tank
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20—Solar thermal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)

Abstract

Le dispositif de stockage (10) d'énergie thermique comprenant un circuit de chargement (11) qui chemine dans une zone de chargement (30), comprenant : - un conduit de chargement (12) dans lequel circule un fluide destiné à être chargé en énergie thermique par une source d'alimentation et destiné à transporter cette énergie thermique, et - un conduit de délestage (12') en relation de communication avec le conduit de chargement (12), et dans lequel circule un fluide destiné à transporter de l'énergie thermique et à être déchargé de cette énergie thermique, le dispositif de stockage (10) comprenant : a) une zone de stockage (40) dans laquelle cheminent au moins un conduit de délestage (12'), la zone de stockage (40) étant formée dans une masse configurée pour emmagasiner tout ou partie de l'énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le circuit de délestage (12'), b) un circuit de transfert (21) comprenant au moins une première portion (211) dans laquelle circule un fluide destiné à être chargé en énergie dans la zone de stockage (40) et une seconde portion (212) dans laquelle circule un fluide destiné à transférer cette énergie à un circuit de consommation (32).

Description

Domaine de l’invention
La présente invention s’inscrit dans le domaine de la gestion d’énergiethermique et concerne plus particulièrement un dispositif de stockage d’énergiethermique, par exemple pour satisfaire les besoins d’énergie thermique d’unbâtiment d’habitation. État de l’art II est connu que l’énergie produite à partir de combustible fossile dutype hydrocarbures (charbon, gaz, pétrole, etc..) présente des inconvénientsmajeurs, tant sur le plan environnemental que sur le plan de la santé humaine.
Afin de fournir une alternative à ce type de production d’énergie, diversmodes de production d’énergie dits « renouvelables » ont été développés,notamment afin de fournir de l’énergie thermique. L’énergie thermique est généralement utilisée dans les bâtimentsd’habitation, par exemple, pour la mise en œuvre de systèmes de chauffaged’eau à usage sanitaire ou dans des systèmes de chauffage de bâtimentsd’habitation. II est connu de produire de l’énergie thermique à partir de l’énergiedégagée par le rayonnement du soleil. Typiquement, ce mode de productionest mis en œuvre par des panneaux solaires dits « thermiques » destinés àcapter l’énergie thermique dégagée par le rayonnement du soleil. Cespanneaux sont constitués de conduits dans lesquels circule un fluide destiné àêtre chargé en énergie thermique lorsqu’il est soumis au rayonnement dusoleil. Ce fluide est destiné à véhiculer ladite énergie thermique afin de ladistribuer de manière appropriée dans un endroit donné dans un bâtimentd’habitation.
Ce type de panneau solaire étant dépendant du rayonnement solairepour pouvoir capter l’énergie thermique, la production d’énergie thermique estnulle en l’absence de rayonnement solaire, par exemple, la nuit. De ce fait, laproduction d’énergie thermique est intermittente et n’est souvent pas suffisantepour couvrir l’ensemble des besoins d’un utilisateur. II est donc généralementnécessaire de combiner la production d’énergie thermique à partir de panneaux solaires thermiques avec des dispositifs additionnels fonctionnant à l’énergieélectrique, au gaz ou autre.
Il en résulte notamment un coût supplémentaire pour l’utilisateur.
On connaît également le mode de production d’énergie thermiqueappelé géothermie, selon lequel on exploite l’énergie dégagée, en profondeur,par le sous-sol terrestre. Ce mode de production consiste à capter l’énergiecontenue dans la croûte terrestre, par le biais de conduits dans lesquels circuleun fluide. Une portion de ces conduits est typiquement enterrée à quelquesmètres ou quelques dizaines de mètres sous la surface du sol et une autreportion communique avec un système adapté de chauffage de bâtimentd’habitation. Ainsi, le fluide est chargé en énergie thermique au fur et à mesurede sa progression dans la portion enterrée des conduits, et est déchargé dansle système adapté de chauffage d’eau ou de bâtiment d’habitation.
La quantité d’énergie thermique à faible profondeur, typiquement dequelques mètres à une dizaine de mètres sous la surface du sol, est peuélevée, de sorte que ce mode de production est généralement assisté par desdispositifs additionnels fonctionnant à l’énergie électrique, au gaz ou autre, telque les dispositifs appelés « pompes à chaleur ».
La présente invention vise à palier les inconvénients précités enproposant un dispositif de stockage d’énergie thermique d’un fluide caloporteuradapté pour fournir de l’énergie thermique à un bâtiment d’habitation demanière autonome, sans dispositif additionnel de production d’énergiethermique, et de manière permanente.
Exposé de l’invention
La présente invention a pour objectif de fournir un dispositif destockage d’énergie propre à emmagasiner, en tout temps, de l’énergiethermique, de sorte pouvoir l’exploiter à tout moment selon les besoins d’unutilisateur.
En outre, ce dispositif de stockage peut être adapté à fournir uneperformance optimale en fonction des conditions environnementales,notamment climatiques et géologiques, de la zone dans laquelle il est implanté,et en fonction des besoins d’un utilisateur.
La présente invention concerne un dispositif de stockage d’énergiethermique comprenant : - un circuit de chargement en énergie thermique qui chemine dans une zone dechargement en énergie thermique, comprenant : - au moins un conduit de chargement dans lequel circule un fluide destiné àêtre chargé en énergie thermique par une source d’alimentation en énergiethermique et destiné à transporter cette énergie thermique, et - au moins un conduit de délestage en énergie thermique en relation decommunication avec le conduit de chargement par le biais de moyens deraccordement, et dans lequel circule un fluide destiné à transporter cetteénergie thermique et à être déchargé de cette énergie thermique, le dispositif de stockage étant caractérisé en ce qu’il comprend : a) une zone de stockage d’énergie thermique dans laquellecheminent au moins un conduit de délestage, la zone destockage étant formée dans une masse configurée pouremmagasiner tout ou partie de l’énergie thermique transportéepar le fluide circulant dans le conduit de délestage, b) un circuit de transfert en énergie thermique comprenant aumoins une première portion dans laquelle circule un fluidedestiné à être chargé en énergie dans la zone de stockage etune seconde portion dans laquelle circule un fluide destiné àtransférer cette énergie à un circuit de consommation d’énergiethermique.
Grâce à ces caractéristiques le dispositif de stockage d’énergiethermique est adapté à emmagasiner de l’énergie thermique et à la restituer enfonction des besoins d’un utilisateur, en ne générant que peu de perted’énergie thermique. Le dispositif de stockage d’énergie thermique estconfiguré pour emmagasiner une quantité d’énergie thermique telle que leditdispositif ne nécessite pas de dispositif supplémentaire de production d’énergiethermique pour répondre aux besoins d’un utilisateur, ces besoins pouvant êtrevariables.
En outre, le dispositif de stockage d’énergie thermique est adapté àrestituer de l’énergie thermique, en fonction des besoins d’un utilisateur, de manière permanente, et ce même si le chargement en énergie thermique dufluide circulant dans le circuit de chargement est intermittent.
Dans les exemples de réalisation cités dans ce texte, la productiond’énergie thermique est à destination de systèmes de chauffage d’eau à usagesanitaire ou dans des systèmes de chauffage de bâtiments d’habitation, maiselle peut être, destinée au dégivrage de sols, à la production de vapeur pourdes applications à la portée de l’homme du métier, ou à toute autre utilisationappropriée.
La source d’alimentation en énergie thermique peut être lerayonnement solaire ou provenir d’un système de recyclage d’énergiethermique générée par une industrie quelconque mis en œuvre de manièreconnu de l’homme du métier. II y a lieu de noter que la masse dans laquelle est formée la zone destockage peut être une masse solide, liquide ou une masse solide additionnéede liquide.
Dans des modes particuliers de réalisation, l’invention répond en outreaux caractéristiques suivantes, mises en œuvre séparément ou en chacune deleurs combinaisons techniquement opérantes.
Dans des modes de réalisation, la zone de stockage comprendplusieurs régions pouvant être isolées thermiquement les unes des autres etdans chacune desquelles cheminent respectivement au moins un conduit dedélestage et une première portion du circuit de transfert, les moyens deraccordement comprenant des moyens de dérivation amont et aval du circuitde chargement, par lesquels le conduit de chargement est en relation decommunication avec les conduits de délestage, lesdits moyens de dérivationamont et aval étant pilotés par un organe de contrôle et de commande de sorteà diriger la circulation du fluide dans un conduit de délestage cheminant dansune région prédéterminée en fonction de la quantité d’énergie thermique que lefluide transporte et en fonction de la quantité volumique d’énergie thermiqueque comprend la région.
On entend par « quantité volumique d’énergie thermique », unegrandeur représentative de la température du volume d’une région.
Ainsi, les régions sont adaptées à emmagasiner respectivement desquantités volumique d’énergie thermique différentes les unes des autres.Chaque région conserve donc une quantité volumique d’énergie thermiquerelativement constante, et ne subissent donc pas, ou peu, de perte d’énergiethermique. On entend par perte d’énergie thermique, la baisse de quantitéd’énergie thermique. A titre d’exemple, la valeur de l’énergie thermique transportée par lefluide circulant dans les conduits de chargement et de délestage correspond àune température comprise dans un intervalle d’environ un à cent degrésCelsius.
Dans des modes de réalisation de l’invention, les premières portionsdu circuit de transfert sont en relation de communication avec une secondeportion du circuit de transfert par le biais de moyens de dérivation amont etaval du circuit de transfert, lesdits moyens de dérivation amont et aval étantpilotés par un organe de contrôle et de commande configuré de sorte à pouvoirfaire prioritairement communiquer la seconde portion du circuit de transfertavec la première portion du circuit de transfert parcourant la régionemmagasinant la quantité d’énergie thermique la plus faible, mais suffisantepour satisfaire le besoin d’un utilisateur.
Ainsi, il est possible d’utiliser l’énergie thermique du fluide circulantdans le conduit de transfert parcourant la région emmagasinant la quantitéd’énergie thermique la plus faible à des fins de préchauffage ou derafraîchissement de bâtiments par exemple, ou de dégivrage de sols, tout enconservant l’énergie thermique du fluide circulant dans le circuit de transfertparcourant la région emmagasinant la quantité d’énergie la plus importante àdes fins de chauffage de bâtiments.
Dans des modes de réalisation de l’invention, l’organe de contrôle etde commande est configuré de sorte à piloter les moyens de dérivations amontet aval du circuit de chargement de façon à ce que chaque région conserveune quantité d’énergie thermique comprise dans un intervalle prédéfinie qui luiest propre, et de manière à charger en énergie thermique une première région,adaptée à conserver la plus grande quantité d’énergie thermique, de façonprioritaire par rapport aux autres régions.
Dans des modes de réalisation, lorsqu’un point d’équilibre thermiqueest atteint entre le fluide circulant dans le conduit de délestage cheminant dansune région et cette région, et que ce point d’équilibre résulte d’un gaind’énergie thermique de ladite région (41), , les moyens de dérivation amont etaval du circuit de chargement sont pilotés de sorte que le fluide circule dans leconduit de délestage cheminant dans une autre région conservant une quantitéd’énergie thermique comprise dans un intervalle immédiatement inférieur à laquantité d’énergie thermique transportée par le fluide.
Grâce à ces caractéristiques, même les quantités d’énergie thermiquesles plus faibles, par exemple de l’ordre de un à vingt degrés Celsius, sontstockées dans au moins une région.
Ainsi sont limitées les pertes d’énergie thermique et le rendement dudispositif de stockage est optimisé.
Dans des modes particuliers de réalisation, les régions de la zone destockage peuvent être configurées de sorte à présenter une résistancethermique différente les unes des autres. Additionnellement ou alternativement,les régions sont configurées de sorte à présenter un pouvoir d’isolationdifférent.
En effet, il n’est pas nécessaire qu’une région présente un pouvoird’isolation thermique élevé si elle est destinée à être traversée par un fluidetransportant une faible quantité d’énergie thermique. Cette caractéristiquepermet avantageusement de réduire les coûts et la fabrication de la zone destockage.
Les régions peuvent respectivement être réalisées dans un matériaudont la capacité de résistance thermique est différente pour chacune d’entre-elles ou être agencées de sorte à présenter une résistance thermiquedifférente les unes des autres.
Dans des modes particuliers de réalisation, les régions de la zone destockage sont agencées de sorte qu’une première région soit juxtaposée à aumoins une deuxième région.
Dans des modes de réalisation de l’invention, la première région estune région centrale et la ou les autres régions sont des régions périphériquess’étendant autour de la région centrale, et dans lequel le fluide est dirigé par des moyens de dérivation amont du circuit de chargement de sorte à circulerdans un conduit de délestage cheminant dans la région centrale lorsqu’iltransporte une quantité d’énergie thermique supérieure à une valeurprédéterminée, et est dirigé par des moyens de dérivation amont de sorte àcirculer dans un conduit de délestage cheminant dans la ou les régionspériphériques lorsqu’il transporte une quantité d’énergie inférieure à une valeurprédéterminée.
Dans des modes de réalisation de l’invention, la seconde portion ducircuit de transfert chemine dans une zone de transfert en relation avec lecircuit de consommation, ladite zone de transfert comportant un échangeurd’énergie thermique adapté à transférer une partie de l’énergie thermiquetransportée par le fluide circulant dans la seconde portion du circuit de transfertau fluide circulant dans le circuit de consommation.
Le fluide circulant dans le circuit de transfert est donc apte àtransmettre une partie de l’énergie thermique qu’il transporte au fluide circulantdans le conduit de consommation, afin que ce dernier transporte une quantitéd’énergie thermique prédéfinie. Cette quantité d’énergie est prédéfinie enfonction des besoins en énergie thermique d’un utilisateur, c’est-à-dire de laquantité d’énergie thermique dont le fluide doit être déchargé lors de sacirculation à traverse la zone de consommation.
Dans des modes de réalisation, les conduits de délestage forment uncircuit de délestage dont une portion chemine dans une zone de transfert enrelation avec une portion du circuit de chargement, ladite zone de transfertcomportant un échangeur d’énergie thermique adapté à transférer une partiede l’énergie thermique transportée par le fluide circulant dans la portion ducircuit de chargement au fluide circulant dans le circuit de délestage.
Dans des modes de réalisation, le circuit de chargement comprenddes conduits de déviation directement en relation de communication avec leconduit de transfert sans cheminer par la zone de stockage, de sorte que lefluide est apte à cheminer directement dans la zone de transfert, suite à sacirculation dans la zone de chargement.
Grâce à ces dispositions, le conduit de chargement est apte àtransmettre de l’énergie thermique au conduit de consommation lorsqu’aucune des régions de la zone de stockage n’est apte à emmagasiner la quantitéd’énergie thermique potentiellement transmise par le fluide circulant dans leconduit de chargement, et dans la mesure ou cette quantité d’énergiethermique est supérieure ou égale au besoin d’un utilisateur.
Dans des modes de réalisation de l’invention, les conduits dedélestage et/ou les conduits de transfert sont noyés dans une masse ets’étendent en serpentin dans des rainures verticales pratiqués dans la zone destockage.
Dans des modes de réalisation de l’invention, les conduits dedélestage et/ou les conduits de transfert sont noyés dans une masse etforment respectivement une boucle dans des forages verticaux pratiqués dansla zone de stockage.
Ces conduits peuvent être noyés dans des agrégats, un béton ou unmortier.
Le choix de la réalisation de forages et/ou de rainures pour la mise enplace des circuits de chargement et de transfert est réalisé en fonction deparamètres géologiques du sol dans lequel est destinée à être disposé la zonede stockage, de sorte que son installation soit simple et rapide.
Dans des modes de réalisation de l’invention, la zone de stockagecomprend une enceinte isolante thermique sur au moins une portion de sapériphérie.
Ces caractéristiques permettent de fortement réduire ou supprimer leséchanges d’énergie thermiques entre la zone de stockage et le milieu extérieurà ladite zone de stockage, de manière à limiter ou éliminer les pertes d’énergiethermique.
Dans des modes particuliers de réalisation, la zone de stockage estdestinée à être enfouie dans un sous-sol terrestre.
Ainsi, la température du milieu extérieur à la zone de stockage estsensiblement constante dans le temps de sorte que la zone de stockage nesoit pas ou peu sensible aux aléas climatiques.
Dans des modes de réalisation de l’invention, les conduits dedélestage et/ou les conduits de transfert sont disposés de sorte qu’ilss’introduisent et sortent par un même coté d’une région qu’ils traversent.
Chaque conduit peut comporter des moyens d’isolation thermiques’étendant sur au moins une portion de sa longueur. Par exemple, les moyensd’isolation thermique peuvent être une gaine isolante thermique disposéeautour des conduits, de telle manière que le fluide circule de la portion duconduit non isolée vers la portion isolée.
Dans des modes de réalisation de l’invention, les conduits dedélestage et/ou les conduits de transfert sont disposés de sorte qu’ilss’introduisent et sortent respectivement par deux cotés opposés d’une régionqu’ils traversent.
Dans des modes de réalisation de l’invention, les conduits dedélestage et les conduits de transfert peuvent être alternativement constituéspar les mêmes conduits.
Dans des modes de réalisation de l’invention, le fluide circulant dansun conduit de transfert cheminant une région peut circuler dans un sensopposé au sens de circulation du fluide circulant dans les conduits dedélestage cheminant dans la même région.
Dans des modes de réalisation de l’invention, au moins une régioncomprend une extrémité distale dans laquelle chemine uniquement desconduits de transfert. Aucun conduit de délestage ne chemine dans cetteextrémité dans la mesure où elle est destinée à stocker au moins une partiedes pertes de l’énergie thermique emmagasinée par ladite région.
Par « extrémité distale », on entend une extrémité la plus proche de lapériphérie de la zone de stockage.
Cette caractéristique peut constituer une alternative à la dispositiond’une enceinte isolante thermique sur au moins une portion de la périphérie dela zone de stockage.
Dans des modes de réalisation de l’invention, la zone de stockagecomprend une seule région dans laquelle chemine au moins un conduit dedélestage entre un point d’entrée et un point de sortie de ladite région,suffisamment distants l’un de l’autre pour que l’extrémité distale de cetterégion, comprenant ledit point de sortie, ne soit chargée que d’une quantitéthermique inférieure à celle que transporte le fluide circulant dans le ou les conduits de délestage, mais supérieure à une quantité d’énergie thermiquereprésentative de la température du sous-sol terrestre.
Grâce à ces caractéristiques, la région est apte à stocker une partie del’énergie thermique que le fluide circulant dans les conduits de délestagetransporte, quelle que soit la quantité de cette énergie thermique.
Présentation des figures L’invention sera mieux comprise à la lecture de la descriptionsuivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en seréférant aux figures (non à l’échelle) qui représentent : - figure 1 : une représentation schématique d’un dispositif destockage d’énergie thermique selon l’invention, - figure 2 : une vue schématique de dessus d’une zone de stockaged’énergie thermique selon un premier mode de réalisation dudispositif de stockage d’énergie thermique selon la figure 1, - figure 3 : une vue en coupe transversale selon un axe A-A de lazone de stockage selon la figure 2, - figure 4 : une vue de dessus schématique de dessus d’une zone destockage d’énergie thermique selon un exemple de réalisation, - figure 5 : une vue en coupe transversale selon un axe B-B de lazone de stockage selon la figure 4, - figure 6 : une représentation schématique d’un exemple dedisposition de conduits dans une rainure d’une zone de stockaged’énergie thermique selon l’une des figures précédentes, - figure 7 : une vue de dessus schématique de dessus d’une zone destockage d’énergie thermique selon un autre exemple deréalisation, - figure 8 : une vue de dessus schématique de dessus d’une zone destockage d’énergie thermique selon un autre exemple deréalisation, - figure 9 : une vue en coupe transversale selon un axe C-C de lazone de stockage selon la figure 8, - figure 10: une représentation schématique d’un exemple dedisposition de conduits dans un forage d’une zone de stockaged’énergie thermique selon les figures 8 et 9, - figure 11 : une vue en coupe transversale selon un axe D-D duforage selon la figure 10, - figure 12 : une vue de dessus schématique de dessus d’une zonede stockage d’énergie thermique selon un autre exemple deréalisation, - figure 13 : une vue en coupe axiale selon un axe E-E de la zone destockage selon la figure 12 - figure 14 : une vue schématique de dessus d’une zone de stockaged’énergie thermique selon un autre mode de réalisation dudispositif de stockage d’énergie thermique selon la figure 1.
Dans ces figures, des références numériques identiques d’une figure àl’autre désignent des éléments identiques ou analogues. Par ailleurs, pour desraisons de clarté, les dessins ne sont pas à l’échelle, sauf mention contraire.
Description détaillée de l’invention
La présente invention vise à proposer un dispositif de stockage 10d’énergie thermique tel que schématiquement représenté par la figure 1, dansun exemple de réalisation non limitatif.
Le dispositif de stockage 10 d’énergie thermique comprend un premiercircuit dit «circuit de chargement» 11, comprenant un ou des conduits dechargement 12 dans chacun desquels circule un fluide, préférentiellement dutype caloporteur, c’est-à-dire adapté à transporter une quantité donnéed’énergie thermique.
Comme représenté schématiquement par la figure 1, une portion 110du circuit de chargement 11 chemine dans la zone de chargement 30. Cetteportion 110 peut comprendre plusieurs conduits de chargement 12, maiscomprend préférentiellement un unique conduit de chargement 12. Le fluidecirculant dans cette portion 110 est destiné à être chargé en énergie thermiquepar une source d’alimentation en énergie thermique, et à transporter l’énergiethermique dont il a été chargé. A titre d’exemple non limitatif, la zone de chargement 30 comprenddes panneaux solaires thermiques connus en soi, la source d’alimentation enénergie thermique étant le rayonnement solaire. Le chargement du fluide enénergie thermique est alors produit par radiation du rayonnement solaire, sur leconduit de chargement 12.
Le circuit de chargement 11 comprend au moins un conduit dedélestage 12’ en relation de communication avec au moins un conduit dechargement 12, par le biais de moyens de raccordement, et dont une portion111 chemine dans une zone de stockage 40 d’énergie thermique. Le fluidecirculant dans cette portion 111 du conduit de délestage 12’ est destiné àcharger la zone de stockage 40 en énergie thermique.Le dispositif de stockage10 d’énergie thermique comprend, de plus, un deuxième circuit dit « circuit detransfert » 21 comprenant des conduits de transfert 22 dans lesquels circule unfluide, préférentiellement du type caloporteur.
Le circuit de transfert 21 forme un circuit fermé reliant successivementune zone de transfert 50 d’énergie thermique et la zone de stockage 40.
Comme représenté schématiquement en traits discontinus par la figure1, le circuit de transfert 21 comprend une première portion 211 cheminant dansla zone de stockage 40 et une seconde portion 212 cheminant dans la zone detransfert 50. Le circuit de transfert 21 peut comprendre plusieurs premièresportions 211, telles que représentées schématiquement par la figure 1, et uneunique seconde portion 212.
Le fluide circulant dans un des conduit de transfert 22 est destiné,lorsqu’il circule à travers la première portion 211, à emmagasiner de énergiethermique provenant de la zone de stockage 40, et lorsqu’il circule à travers laseconde portion 212, à décharger l’énergie thermique emmagasinée, dans lazone de transfert 50.
Le dispositif de stockage 10 d’énergie thermique comprend égalementun troisième circuit dit « circuit de consommation » 31 comprenant desconduits de consommation 32 dans lesquels circule un fluide,préférentiellement du type caloporteur.
Les fluides caloporteurs circulant respectivement dans les conduits dechargement 12, dans les conduits de transfert 22 et dans les conduits deconsommation 32 peuvent être réalisés par des fluides différents.
Le circuit de consommation 31 forme un circuit fermé reliantsuccessivement la zone de transfert 50 et une zone de consommation 60d’énergie thermique.
Une première portion 310 du circuit de consommation 31 cheminedans la zone de consommation 60. Cette première portion 310 peutcomprendre plusieurs conduits de consommation 32, mais n’en comprendpréférentiellement qu’un. Le fluide circulant dans ce conduit de consommation32 est destiné à être déchargé d’au moins une partie de l’énergie thermiquequ’il transporte. Le circuit de consommation 31 comprend également unedeuxième portion 312, cheminant dans la zone de transfert 50 destinée à secharger en énergie thermique par transfert d’une certaine quantité d’énergiethermique de la seconde portion 212 du circuit de transfert 21. A titre d’exemple non limitatif, la zone de consommation 60 comprendun système de chauffage de bâtiment d’habitation connu de l’homme dumétier, et/ou un système de chauffage de l’eau à usage sanitaire dans unbâtiment d’habitation, également connu de l’homme du métier.
Les fluides circulant respectivement dans les conduits de chargement12 et de délestage 12’, dans les conduits de transfert 22, et dans les conduitsde consommation 32 sont préférentiellement réalisés à partir du mêmematériau.
Avantageusement, comme représenté dans un exemple de réalisationde l’invention par la figure 1, la zone de stockage 40 est organisée en plusieursrégions 41 dans chacune desquelles cheminent au moins un conduit dedélestage 12’ et au moins un conduit de transfert 22. Préférentiellement, ununique conduit de délestage 12’ et un unique conduit de transfert 22 cheminentdans chaque région 41 de la zone de stockage 40.
La zone de stockage 40 est préférentiellement enfouie dans un sous-sol terrestre de sorte la température du milieu extérieur à la zone de stockage40 soit constante dans le temps. Par « milieu extérieur à la zone de stockage »,on entend le sous-sol environnant à l’extérieur de la zone de stockage 40.
Les conduits de délestage 12’ et les conduits de transfert 22cheminant dans chaque région 41 sont noyés dans le matériau constituant larégion 41. Avantageusement, les matériaux constituant les régions 41 de lazone de stockage 40 sont choisis de sorte que lesdites régions 41 soient aptesà stocker de l’énergie thermique. Plus précisément, ces matériaux présententune résistance thermique importante, c’est à dire un coefficient de conductivitéthermique relativement élevé, de sorte que l’inertie thermique de la zone destockage 40 soit relativement importante. Par « inertie thermique importante »,on entend la capacité d’un matériau à résister à un changement detempérature de sorte à pouvoir stocker de la chaleur et à la restituerprogressivement ultérieurement. Les régions 41 peuvent être constituées pardes matériaux constituant le sous-sol terrestre, des agrégats, tels que du sable,du béton, ou d’un autre matériau granulaire, et peuvent posséder un coefficientde conduction thermique différent les unes des autres.
Préférentiellement, la zone de stockage est réalisée dans une massesolide.
Au sein d’une même région 41, les conduits respectifs de délestage12’ et de transfert 22 sont préférentiellement disposés à distance l’un de l’autresur l’ensemble de leur longueur, afin de limiter les échanges thermiques entreles fluides circulant respectivement dans ces conduits et de maximiser lechargement d’énergie thermique de la zone de stockage 40.
Chacune des régions 41 est adaptée pour être traversée par unconduit de délestage 12’ dans lequel circule un fluide transportant une quantitéd’énergie thermique prédéfinie. Plus précisément, le fluide circulant dans ladeuxième portion 111 du circuit de chargement 11 est destiné à circuler dansun conduit de délestage 12’ cheminant dans une région 41 prédéterminéeselon la quantité d’énergie thermique qu’il transporte.
Préférentiellement, les régions 41 traversées par des conduits danslesquels circule un fluide transportant une quantité d’énergie thermique élevéesont configurées de telle sorte qu’elles sont plus adaptées à conserver cetteénergie que les autres régions 41. A cet effet, les conduits de délestage 12’ etles conduits de transfert 22 traversant les régions 41 sont, par exemple,agencés de manière particulière, ou ces régions 41 sont réalisées dans des matériaux particuliers, choisies de sorte que ces régions 41 présentent uneinertie thermique importante.
Les régions 41 peuvent donc être configurées pour présenter uneinertie thermique sensiblement différente les unes des autres. En effet, il n’estpas nécessaire qu’une région 41 présente une inertie thermique très élevé sielle est destinée à être traversée par un fluide transportant une quantitéd’énergie thermique faible, par exemple, si la température dudit fluide estrelativement proche (par exemple, de quelques degrés Celsius) de latempérature initiale de cette région 41. Par les termes « température initiale »,on entend la température de la région 41 avant la circulation du fluide. Al’inverse, si la quantité d’énergie thermique transportée par le fluide estimportante, par exemple, si la température du fluide est telle qu’elle estsensiblement supérieure à la température d’une région 41 (par exemple, deplus d’une dizaine de degrés Celsius), il est nécessaire que cette région 41présente une inertie très élevée pour conserver un maximum d’énergiethermique provenant du fluide. Ainsi sont limitées les pertes d’énergiethermique et le rendement du dispositif de stockage 10 est optimisé.
Afin de diriger le fluide dans un conduit de délestage 12’ traversantune région 41 prédéterminée en fonction de la quantité d’énergie qu’iltransporte, les moyens de raccordement comprennent des moyens dedérivation du fluide disposés entre le conduit de chargement 12 et le conduit dedélestage 12’. Le conduit de chargement 12 est en relation de communicationavec les conduits de délestage 12’ par le biais des moyens de dérivation amont13.
Ces moyens de dérivation du fluide, dits « premiers moyens dedérivation amont » 13, comprennent avantageusement des moyens de mesurede la quantité d’énergie thermique transportée par le fluide entre les conduitsde chargement 12 et de délestage 12’ et sont connectés à un organe decontrôle et de commande comprenant des moyens de calcul de typemicroprocesseur non représenté sur les figures.
Les moyens de mesure de la quantité d’énergie thermique transportéepar le fluide comprennent, par exemple, des moyens de mesure de latempérature du fluide. A titre d’exemple la température du fluide circulant dans le circuit de chargement et dans le conduit de délestage est d’environ un degréCelsius à cent degrés Celsius. L’organe de contrôle et de commande est également connecté à desmoyens de mesure de la quantité volumique d’énergie thermique dont sontdotées chacune des régions 41. Ces moyens de mesure de la quantitévolumique d’énergie thermique comprennent, par exemple, des moyens demesure de la température des régions. L’organe de contrôle et de commande est configuré pour piloter lespremiers moyens de dérivation amont 13 de sorte à diriger la circulation dufluide dans un conduit de délestage 12’ prédéterminé en fonction de lacomparaison de la température du fluide entre les conduits de chargement 12et de délestage 12’, à un instant t prédéterminé, et de la température desrégions à cet instant t.
Ainsi, l’organe de contrôle et de commande est adapté à piloter lespremiers moyens de dérivation amont 13 de sorte que le fluide circule à traversune région 41 prédéterminée en fonction de la quantité d’énergie thermiquequ’il transporte après son passage à travers la zone de chargement 30. L’organe de contrôle et de commande est programmé, d’une part, desorte que la zone de stockage 40 emmagasine de l’énergie thermiquetransportée par le fluide, provenant notamment de la source d’alimentation enénergie thermique, et d’autre part, de façon à ce que chaque région 41conserve une quantité volumique d’énergie thermique comprise dans unintervalle prédéfini qui leur est propre.
Les premiers moyens de dérivation amont 13 sont couplés enfonctionnement avec des moyens de dérivation du fluide, dits « premiersmoyens de dérivation aval » 14, disposés, par exemple, entre les conduits dedélestage 12’ et le conduit de chargement 12, comme l’illustre, dans unexemple de réalisation, la figure 1. Ceci de sorte que le conduit de délestage12’ dans lequel est dirigé le fluide par les premiers moyens de dérivation amont13, soit en relation de communication avec le conduit de chargement 12 afinque le circuit de chargement 11 forme un circuit fermé.
De manière analogue, le fluide circulant dans le circuit de transfert 21est destiné à circuler dans un conduit de transfert 22 cheminant dans une région 41 prédéterminée selon la quantité d’énergie thermique qu’il transporteaprès en avoir transféré une partie au fluide circulant dans le circuit deconsommation 31 pour répondre aux besoins d’un utilisateur.
Afin de diriger le fluide dans un conduit de transfert 22 prédéterminéde la première portion 211 du circuit de transfert 21, les moyens deraccordement comprennent des moyens de dérivation du fluide, dits «secondsmoyens de dérivation amont » 23, disposés entre les premières portions 211 etla seconde portion 212 du circuit de transfert 21. Ces seconds moyens dedérivation amont 23 sont connectés à l’organe de contrôle et de command etcomprennent des moyens de mesure de la quantité d’énergie thermiquetransportée par le fluide entre les premières portions 211 et la seconde portion212 du circuit de transfert 21. Les moyens de mesure de la quantité d’énergiethermique transportée par le fluide comprennent, par exemple, des moyens demesure de la température du fluide. L’organe de contrôle et de commande est configuré de sorte à piloterles seconds moyens de dérivation amont 23 pour diriger le fluide circulant dansle circuit de transfert 21, dans une première portion 211 prédéterminée ducircuit de transfert 21, de manière à ce qu’il circule à travers une région 41prédéterminée en fonction de la quantité d’énergie thermique qu’il transporteaprès son passage dans la zone de transfert 50.
Le conduit de transfert 22 formant la première portion 211 du circuit detransfert 21 est en relation de communication avec le conduit de transfert 22formant la seconde portion 212 du circuit de transfert 21 par le biais desseconds moyens de dérivation amont 23.
Les seconds moyens de dérivation amont 23 sont couplés enfonctionnement avec des moyens de dérivation du fluide, dits « secondsmoyens de dérivation aval » 24, disposés entre la deuxième portion 212 et lespremières portions 211 du circuit de transfert 21, comme illustré, dans unexemple de réalisation, par la figure 1. Ceci de sorte que le conduit de transfert22 de la première portion 211 du circuit de transfert 21 dans lequel est dirigé lefluide par les seconds moyens de dérivation amont 23 soit en relation decommunication avec le conduit de transfert 22 de la deuxième portion 212 ducircuit de transfert 21.
Afin d’optimiser la conservation de l’énergie thermique dans la zone destockage 40, l’organe de contrôle et de commande est configuré de sorte àpiloter les seconds moyens de dérivation amont 23 et aval 24 de sorte à fairecirculer le fluide dans le conduit de transfert 22 parcourant la région 41emmagasinant la quantité volumique d’énergie thermique la plus faible, maissuffisante pour satisfaire le besoin d’un utilisateur. A titre d’exemple, les premiers et seconds moyens de dérivation amont13 et 23 et les premiers et seconds moyens de dérivation aval 14 et 24 sontdes vannes directionnelles de type électrovannes connus de l’homme dumétier.
Dans la zone de stockage 40, le fluide circulant dans un des conduitsde délestage 12’ perd progressivement une partie de l’énergie thermique qu’iltransporte au profit de la région 41 dans laquelle il chemine, au fur et à mesurede son évolution dans ladite région 41. Chaque région 41 emmagasine donc del’énergie thermique, et ce jusqu’à présenter une quantité volumique d’énergiethermique maximale. Cette quantité volumique d’énergie thermique maximaleest égale à la quantité d’énergie thermique maximale que le fluide est apte àtransférer à travers le conduit de délestage 12’ dans lequel il circule. On parlealors d’équilibre thermique entre le conduit de délestage 12’ et la région 41 qu’iltraverse. L’organe de contrôle et de commande est configuré pour piloter lespremiers moyens de dérivation amont 13 et aval 14, lorsqu’il y a équilibrethermique dans une région 41 donnée, de sorte à diriger le fluide dans un autreconduit de délestage 12’, afin qu’il traverse une autre région 41 prédéterminée.Préférentiellement, cette région 41 prédéterminée est attenante à ladite région41 donnée.
Plus précisément, l’organe de contrôle et de commande est configuréde sorte à piloter les premiers moyens de dérivations amont et aval 13 et 14 demanière à charger en énergie thermique une première région 41, adaptée àemmagasiner la plus grande quantité volumique d’énergie thermique, de façonprioritaire par rapport aux autres régions 41. Dans un exemple de réalisation,cette première région 41 emmagasine jusqu’à une quantité volumiqued’énergie thermique représentative d’une température maximale d’environ quatre-vingts degrés Celsius. Lorsque le point d’équilibre thermique est atteintentre le fluide circulant dans le conduit de délestage 12’ cheminant dans cettepremière région 41 et cette première région 41, ou lorsque ledit fluidetransporte une quantité d’énergie thermique inférieure ou égale à celleaccumulée dans cette première région 41, les premiers moyens de dérivationamont et aval 13 et 14 sont pilotés de sorte que le fluide circule dans lesconduits de chargement 12 cheminant dans une deuxième région 41.
Le fluide est dirigé de façon à circuler dans les conduits de délestage12’ cheminant dans la deuxième région 41 jusqu’à ce que cette deuxièmerégion 41 comprenne une quantité volumique d’énergie thermiquereprésentative d’une température d’environ dix à vingt degrés Celsius inférieureà la température de la première région 41, soit par exemple environ soixantedegrés Celsius. Lorsque le point d’équilibre thermique est atteint entre le circuitde chargement 11 et cette deuxième région 41, ou lorsque la sourced’alimentation en énergie thermique ne peut fournir qu’une quantité d’énergiethermique inférieure ou égale à celle accumulée dans cette deuxième région41, les premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14 sont pilotés desorte que le fluide circule dans les conduits de délestage 12’ cheminant dansune troisième région 41.
Ce principe de fonctionnement est analogue pour un nombre n derégion 41, jusqu’au moment où le point d’équilibre thermique est atteint entre lecircuit de chargement 11 et la nieme région 41 ou lorsque la sourced’alimentation en énergie thermique ne peut fournir qu’une quantité d’énergiethermique inférieure ou égale à celle accumulée dans cette nieme région 41. Lespremiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14 sont alors pilotés desorte que la circulation du fluide soit interrompue dans les conduits dedélestage 12’ du circuit de chargement 11. L’organe de commande et de contrôle est également configuré desorte à interrompre la circulation du fluide dans les conduits de délestage 12’de la deuxième portion du circuit de chargement 11 lorsque les quantitésd’énergies contenues respectivement par le fluide et par les régions 41 de lazone de stockage 40 sont telles que la circulation dudit fluide dans lesditsconduits provoquerait une fuite d’énergie thermique de la zone de stockage 40.
Ce cas de figure a lieu lorsque la quantité volumique d’énergie emmagasinéepar une région 41 de la zone de stockage 40 est plus importante que laquantité d’énergie transportée par le fluide circulant dans le conduit dedélestage 12’ qui la traverse.
Avantageusement, le circuit de chargement 11 comprend un circuit dedéviation comprenant, par exemple, deux conduits de déviation 12”directement en relation de communication avec le conduit de transfert 22 sanscheminer par la zone de stockage 40.
Plus précisément, les conduits de déviation 12” sont respectivementen relation de communication, d’une part, avec le conduit de chargement 12,par le biais des premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14, etd’autre part, avec le conduit de transfert 22 par le biais des seconds moyens dedérivation amont et aval 23 et 24.
Ces conduits de déviation 12” permettent la circulation du fluidechargé en énergie thermique, suite à son cheminement dans la zone dechargement 30, dans la zone de transfert 50, sans cheminer à travers la zonede stockage 40, de sorte que le fluide circulant dans le conduit de chargement12 est apte à transmettre de l’énergie thermique au conduit de consommation32. Cette disposition trouve son avantage, par exemple, lorsqu’aucune desrégions 41 de la zone de stockage 40 n’est apte à emmagasiner la quantitévolumique d’énergie thermique potentiellement transmise par le fluide circulantdans le conduit de délestage 12’, et dans la mesure ou cette quantité d’énergiethermique est supérieure ou égale au besoin d’un utilisateur.
Il y a lieu de noter qu’une région 41 peut être soumise à une perted’énergie thermique, lorsque, par exemple, elle présente une quantitévolumique d’énergie thermique supérieure à celle d’une région 41 attenante.En effet, l’énergie thermique de la région 41 dans laquelle elle se trouve enquantité supérieure a tendance à migrer vers la région 41 dans laquelle elle setrouve en quantité inférieure. Pour minimiser les transferts d’énergie thermiqueentre les régions 41, une couche isolante thermique peut avantageusementêtre interposée entre chaque région 41.
La zone de transfert 50 comprend au moins un système d’échangeurd’énergie thermique, par exemple du type de ceux connus de l’homme dumétier. L’échangeur thermique est configuré pour pouvoir modifier la quantitéd’énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le conduit deconsommation 32 en fonction de la quantité d’énergie thermique contenue parle fluide circulant dans le conduit de transfert 22 et en fonction d’un besoinexprimé par un utilisateur.
Grâce à l’échangeur thermique, le fluide circulant dans le conduit dechargement 12 est donc apte à transmettre une partie de l’énergie thermiquequ’il transporte au fluide circulant dans le conduit de consommation 32, afinque ce dernier transporte une quantité d’énergie thermique prédéfinie, fonctiondes besoins d’un utilisateur.
Ainsi, il est possible de moduler la quantité d’énergie thermiquedélivrée par le conduit de consommation 32, dans la zone de consommation60, de façon à satisfaire, au plus juste, les besoins d’un utilisateur en énergiethermique.
Dans un exemple de réalisation non représenté par les figures, lesconduits de délestages sont raccordés à un unique conduit de délestage par lebiais des premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14, de façon àformer un circuit fermé de délestage. Le circuit de chargement formeégalement un circuit fermé et est en relation d’échange d’énergie thermiqueavec le circuit de délestage par le biais d’un échangeur thermique.
Dans d’autres exemples de réalisation de l’invention non représentéssur les figures, la régulation de la quantité thermique transportée par le fluidepeut également être réalisée en ajustant la vitesse de circulation du fluide dansles conduits de chargement 12, de délestage 12’, de transfert 22, et dans leconduit de consommation 32, et/ou par une mise en circulation du fluide dansle conduit de consommation 32 de façon discontinue, par impulsion.
Les figures 2 et 3 représentent respectivement un premier mode deréalisation de l’invention, dans lequel la zone de stockage 40 est de la formed’un parallélépipède rectangle, et comprend des régions 41 agencés demanière concentrique les unes aux autres. La zone de stockage 40 comprend une région centrale 410 autour de laquelle s’étend au moins une premièrerégion périphérique 411. Chaque côté de la zone de stockage 40 peutprésenter des dimensions d’environ 20 à 30 mètres. A titre d’exemple, la région centrale 410 peut présenter un volumed’environ un dixième du volume de la première région périphérique 411.
Dans ce premier mode de réalisation de l’invention, comme représentésur les figures 2 et 3, une deuxième région périphérique 412 peut s’étendreautour de la première région périphérique 411.
Préférentiellement, le fluide circulant dans le conduit de délestage 12’traversant la région centrale 410 est prévu pour transporter une quantitéd’énergie thermique supérieure à la quantité d’énergie thermique transportéepar le fluide circulant dans le conduit de délestage 12’ traversant la premièrerégion périphérique 411. De la même manière, le fluide circulant dans leconduit de délestage 12’ traversant la première région périphérique 411 estprévu pour transporter une quantité d’énergie thermique supérieure à laquantité d’énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le conduitde délestage 12’ traversant la deuxième région périphérique 412.
De manière alternative, dans un exemple de réalisation nonreprésenté sur les figures, la zone de stockage 40 peut comprendre une région41 dite « région extra-périphérique », juxtaposée aux autres régions 41 et danslaquelle chemine des conduits de délestage 12’ et de transfert 21. Dans cetexemple de réalisation, les premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et14 sont pilotés de sorte que, lorsqu’un point d’équilibre thermique est atteintentre les conduits de délestage 11 et l’ensemble des régions 41, ou lorsque lasource d’alimentation en énergie thermique ne peut fournir qu’une quantitéd’énergie thermique inférieure ou égale à celle accumulée dans les régions 41,le fluide est mis en circulation dans la région 41 extra-périphérique. Oncomprend ici que la région 41 extra-périphérique, est adaptée à emmagasinerde faibles quantités d’énergie thermique.
Dans d’autres exemples de réalisation non représentés par les figures,la zone de stockage 40 peut présenter une forme de révolution, par exempleune forme cylindrique ou peut présenter une forme de prisme hexagonale, sedéveloppant selon un axe longitudinal sensiblement vertical. Dans ces exemples de réalisation, la zone de stockage comprend plusieurs régions 41concentriques, dont une région 41 centrale autour de laquelle se développe aumoins une région 41 périphérique.
Selon un autre exemple de réalisation de la zone de stockage 40représenté par la figure 4, les régions 41 de la zone de stockage 40 sontdivisées en un certain nombre de sous-régions 51 (formant un maillage carréen partie représenté par les traits discontinus sur la figure 4). Les sous-régions51 présentent une forme carrée ou rectangulaire, et sont, par exemple, desdimensions identiques les unes par rapport aux autres.
Ces sous-régions 51 sont juxtaposées les unes contre les autres defaçon à quadriller la zone de stockage 40, les régions 41 présentantrespectivement la forme de chevrons imbriqués les unes à la suite des autres.Dans l’exemple de réalisation représenté par la figure 4, chaque région 41comprend une sous-région 51 médiane réalisant la jonction entre deux sous-régions 51 latérales respectivement attenantes à deux cotés contigus de lasous-région 51 médiane. Selon les dimensions de la région 41, les deux sous-régions 51 latérales peuvent être attenantes à d’autres sous-régions 51latérales.
Comme représenté par la figure 4, la région 41 présentant les plusfaibles dimensions n’est composée que d’une sous-région 51, et présente doncune forme rectangulaire ou carré, et est imbriquée dans une région 41comprenant une sous-région 51 médiane réalisant la jonction entre deux sous-régions 51 latérales.
Dans cet exemple de réalisation, les régions 41 les plus volumineusessont par exemple adaptées pour être traversées par des conduits danslesquels circule un fluide transportant une quantité d’énergie thermique élevée.Le fluide, dans les conduits de délestage 12’, est entraîné en circulation defaçon à circuler de la région 41 dont les dimensions sont les plus importantes,vers celle dont les dimensions sont les plus faibles et de la sous-région 51médiane, vers les sous-régions 51 latérales.
Dans d’autres exemples de réalisation, la zone de stockage 40 est dela forme d’un parallélépipède rectangle et comprend une première région 41adaptée à emmagasiner d’importantes quantités volumiques d’énergie thermique, s’étendant le long d’un des cotés du parallélépipède. Le long ducoté opposé au coté précédemment cité s’étend une deuxième région 41adaptée à emmagasiner de faibles quantités volumiques d’énergie thermique.Entre ces deux régions 41 s’étend une troisième région 41 adaptée àemmagasiner une quantité volumique d’énergie thermique supérieure à laquantité volumique d’énergie thermique emmagasinée par la deuxième région41 et adaptée à emmagasiner une quantité volumique d’énergie thermiqueinférieure à la quantité volumique d’énergie thermique emmagasinée par lapremière région 41.
La zone de transfert 50 est préférentiellement attenante à la deuxièmerégion 41. Ces caractéristiques ont pour effet d’optimiser le stockage del’énergie thermique.
Dans chacune des régions, le conduit de délestage 12’ et le conduit detransfert 22 peuvent être disposés dans des rainures 43 rectilignes, commereprésenté par les figures 2 à 3 dans le premier mode de réalisation del’invention. Ces rainures 43 sont réalisées, par exemple, par un sciage ou untranchage du sol. Préférentiellement, chaque région 41 comprend une pluralitéde rainures 43 s’étendant entre deux extrémités, de part et d’autre desditesrégions.
Les rainures 43 sont plus profondes que larges. Elles présentent, àtitre d’exemple non limitatif, une profondeur de quelques mètres, par exemplecinq à dix mètres, et une largeur d’environ cinq à vingt centimètres.
Dans chaque rainure 43, le conduit de délestage 12’ et le conduit detransfert 22 peuvent être noyés dans un matériau isolant thermique afin ded’augmenter l’inertie thermique au sein de la zone de stockage 40. Un telmatériau peut être un agrégat, tel que du sable.
Préférentiellement, dans chacune des régions 41, les rainures 43comprenant respectivement des conduits de délestage 12’ et des conduits detransfert 22 sont agencées en alternance, de sorte qu’une rainure 43comprenant un conduit de délestage 12’ soit adjacente à une rainure 43comprenant un conduit de transfert 22, et inversement. Ainsi, la répartitiond’énergie thermique est homogène au sein de chaque région 41.
Alternativement, dans d’autres exemples de réalisation, un conduit dedélestage 12’ et un conduit de transfert 22 peuvent s’étendre dans laprofondeur d’une même rainure 43, les conduits de délestage 12’ et detransfert 22 étant alors adjacent l’un à l’autre sur l’ensemble de leur longueur.Cette disposition permet également une répartition homogène d’énergiethermique au sein de chaque région 41.
Avantageusement, une même rainure 43 peut comprendre un conduitde délestage 12’ ou un conduit de transfert 22 s’étendant en serpentin jusqu’aufond de la rainure 43, dans un plan sensiblement vertical, tel qu’illustré en vueen coupe transversale par la figure 3.
Alternativement, comme représenté par la figure 5, une même rainure43 peut comprendre des conduits de délestage 12’ ou des conduits de transfert22 respectivement raccordés en parallèle à un même conduit de délestage 12’ou à un même conduit de transfert 22. Les conduits de délestage 12’ ou detransfert 22 raccordés en parallèle sont superposés les uns aux autres, dansune même rainure 43, par exemple, à distance constante les uns des autres.
Dans des exemples de réalisation, tels que représentés par la figure 6,une région 41 peut comprendre des conduits de délestage 12’ respectivementagencés dans des rainures 43 de sorte à s’étendre en serpentin dans lalongueur de la rainure 43, dans un plan sensiblement vertical. La largeur duserpentin décroit au fur et à mesure que les conduits de délestage 12’s’étendent dans la longueur de la rainure 43, de sorte que chaque conduit dedélestage 12’ s’étend de moins en moins profondément dans chaque rainure43 aménageant ainsi une zone de diffusion d’énergie thermique.Avantageusement, dans chaque rainure 43, une portion d’un conduit detransfert 22 est agencée dans la zone de diffusion d’énergie thermiqueaménagée par chaque conduit de délestage 12’. Ainsi, le fluide circulant dansles conduits de transfert 22 peut être chargé d’au moins une partie de l’énergiethermique déchargée par le fluide circulant dans le conduit de délestage, dansla zone de diffusion.
De manière avantageuse, les conduits de délestage 12’ et les conduitsde transfert 22 peuvent être disposés de manière différente dans chacune desrégions 41 de la zone de stockage 40.
Plus précisément, la disposition des conduits peut être plus densedans les régions dans lesquels les fluides transportent une quantité d’énergiethermique élevée, pour limiter les pertes d’énergie thermique. Ainsi, commeillustré par les figures 2 et 3, le pas entre deux rainures 43 est plus étroit dansla région centrale 410 que dans les première et deuxième régionspériphériques 411.
Dans des exemples de réalisation, tel que représentés par la figure 7,les conduits de délestage 12’ et de transfert 22, dans la zone de stockage 40,peuvent être disposés respectivement dans des rainures 43 perpendiculairesles unes aux autres, de sorte que l’agencement desdits conduits forme unmaillage carré. Dans ce maillage carré, les conduits de délestage 12’ sontjuxtaposées parallèlement les uns aux autres, de la même manière que lesconduits de transfert 22, et les conduits de délestage 12’ sont entrecroisésavec les conduits de transfert 22.
Avantageusement, chaque rainure 43 peut comprendre plusieursconduits de délestage 12’, ou plusieurs conduits de transfert 22, superposésles uns aux autres et respectivement raccordés, en parallèle, à un mêmeconduit de délestage 12’, ou à un même conduit de transfert 22, à chacune desextrémités desdites rainures 43. Ainsi, le maillage est également réalisé sur laprofondeur de la zone de stockage 40.
Comme représenté par la figure 7, lorsque la zone de stockage 40 estde la forme d’un parallélépipède rectangle s’étendant selon un axe longitudinal,les conduits de délestage 12’ sont agencés perpendiculairement audit axelongitudinal et les conduits de transfert 22 sont agencés parallèlement auditaxe longitudinal. Ainsi, chaque conduit de transfert 22 s’étend sur une distancesuffisamment importante pour être chargé en énergie thermique de manièreoptimale. Il y a lieu de noter que du fait de la disposition des conduits dedélestage 12’, les régions 41 s’étendent, par exemple, longitudinalement.
Dans l’exemple de réalisation représenté par la figure 4, un conduit detransfert 22 peut être disposé dans chaque rainure 43 comprenant desconduits de délestage 12’ de sorte à emmagasiner une partie de l’énergiethermique dissipée par lesdits conduits de délestage 12’ lors du chargementdes régions 41 en énergie thermique. Avantageusement, ledit conduit de transfert 22 est agencé de sorte à traverser plusieurs régions 41 afin que lefluide circulant dans ce conduit de transfert 22 puisse pré-charger en énergiethermique une des régions 41 attenantes à la région 41 en chargement.
Préférentiellement, comme représenté par la figure 5, le conduit detransfert 22 est disposé sous les conduits de délestage 12’ de chacune desrainures 43, c’est-à-dire, à une profondeur plus importante que les conduits dedélestage 12’.
Lorsque la zone de stockage 40 présente une forme de révolution,telle que la forme d’un cylindre, ou présente la forme d’un prisme hexagonale,non illustré par les figures, les rainures 43 s’étendent diamétralement, c’est-à-dire, de façon à former des rayons dont l’axe longitudinal passe par le centrede la zone de stockage 40.
Lorsque les régions 41 sont de la forme de chevrons, comme illustrépar la figure 4, les rainures 43 s’étendent de part et d’autre de chaque région41, depuis la sous-région 51 médiane, vers chacune des sous-régions 51latérales, et sont plus profondes que larges.
Lorsque la zone de stockage 40 est de forme hexagonale, des zonesde transfert 50 du dispositif de stockage 10 de la forme d’un prisme triangulairepeuvent être régulièrement agencé autour de la zone de stockage 40, parexemple, de sorte que la zone de stockage 40 et les zones de transfert 50forment un ensemble de forme cubique.
Comme représenté par les figures 2 et 3, la zone de stockage 40 peutcomprendre avantageusement une enceinte isolante thermique 420 s’étendantsur au moins une portion de sa périphérie, afin de réduire les échangesd’énergie thermiques entre la zone de stockage 40 et le milieu extérieur à laditezone de stockage 40. La réduction de ces échanges d’énergie thermiquepermet de limiter les pertes d’énergie thermique de la zone de stockage 40. L’enceinte isolante thermique est, par exemple, formée par unecouche de matériau isolant thermique disposée dans une rainure 43.L’épaisseur de la couche de matériau isolant thermique est déterminée enfonction notamment du coefficient de conduction thermique dudit matériauisolant thermique et de la quantité volumique d’énergie thermique maximaleque la zone de stockage 40 est destinée à stocker.
De la même manière, tel que représenté par les figures 2 et 3 dans lepremier mode de réalisation de l’invention, les régions 41 de la zone destockage 40 peuvent également respectivement comprendre une enceinteisolante thermique 420 sur au moins une portion de leur périphérie afin delimiter les échanges thermiques entre les régions 41.
Dans un exemple de réalisation, comme illustré dans un exemple deréalisation non limitatif par la figure 3, l’enceinte isolante thermique ne s’étendpas sous la zone de stockage 40, c’est-à-dire, sous les conduits de délestage12’ et les conduits de transfert 22 disposés à la profondeur la plus importante. II est cependant possible, dans d’autres exemples de réalisation nonreprésentés par les figures, d’étendre l’enceinte isolante thermique sous touteou partie de la zone de stockage 40, par la réalisation d’une cavité latérale,formée par excavation, entourant partiellement ou totalement ladite zone destockage 40. Cette cavité périphérique permet l’installation d’un outillagespécifique pour la mise en place de l’enceinte isolante thermique sous la zonede stockage 40. Le procédé d’installation de cette couche de matériau isolantthermique n’est pas décrit dans le présent texte dans la mesure où il est à laportée de l’homme du métier et n’est pas l’objet de la présente invention.
Additionnellement, la zone de stockage 40 peut comprendre deuxparois isolantes thermique perpendiculaire l’une à l’autre, agencées de sorte àêtre sécantes au centre de la région centrale et à diviser la zone de stockage40 en quatre portions sensiblement identiques.
Lorsque les régions 41 sont de la forme de chevrons, une coucheisolante thermique est agencée entre chaque sous-région 51. Ladite coucheisolante thermique est formée d’un matériau thermiquement isolant disposédans une rainure 43, par exemple d’une largeur de cinq centimètres, pratiquéeentre chaque sous-région 51.
Dans un exemple additionnel ou alternatif de réalisation représenté parles figures 2, 3, 8 et 9, la zone de stockage 40 peut comprendre des forages 44pratiqués en profondeur dans le sol, par exemple de forme cylindrique,comprenant au moins un conduit formant une boucle constituée par deuxtronçons rectilignes reliés entre eux par un tronçon curviligne. Chaque conduitpeut comporter des moyens d’isolation thermique s’étendant sur au moins une portion d’un de ses tronçons rectilignes. Ces moyens d’isolation thermiquepeuvent comprendre une gaine réalisée dans un matériau présentant unimportant pouvoir d’isolation thermique, tel que le polyester.
Chaque conduit est noyé dans un matériau granulaire, tel que dusable.
Ce conduit est relié aux premier et second moyens de dérivationamont 13, 23 et aval 14, 24 de sorte à pouvoir, de manière alternative, formerun conduit de délestage 12’ et un conduit de transfert 22.
Le fluide peut alors circuler dans deux sens différents au sein d’unmême conduit, selon que ledit conduit forme un conduit de délestage 12’ ou unconduit de transfert 22. Le changement de sens de circulation du fluide danschaque conduit permet avantageusement d’optimiser le rendement du dispositifde stockage 10. En effet, pour le stockage d’énergie thermique, le sens decirculation du fluide est tel que le fluide circule de la portion du conduit isoléevers la portion non isolée, et pour l’exploitation de l’énergie thermique, le fluidecircule de la portion non isolée vers la portion isolée.
De manière alternative, les forages 44 peuvent comprendrerespectivement au moins un conduit de délestage 12’ et au moins un conduitde transfert 22 agencés en alternance, de sorte que, dans chaque région 41 unforage 44 comprenant un conduit de délestage 12’ soit adjacent à un forage 44comprenant un conduit de transfert 22.
Dans un exemple de réalisation, tel que représenté à la figure 8, lazone de stockage 40 comprend des premiers forages 44 comprenant deuxconduits et des seconds forages 44’ comprenant quatre conduits. Un exemplede réalisation des forages 44 comprenant deux conduits est représenté par lesfigures 10 et 11. Ces premiers et seconds forages 44, 44’ sont régulièrementrépartis dans la zone de stockage 40 et les premiers et seconds forages 44, 44’sont organisés en quinconce les uns par rapports aux autres.
Dans un autre exemple de réalisation de l’invention, non représentépar les figures, les forages 44 peuvent être répartis selon plusieurs axesparallèles entre eux traversant plusieurs régions 41. Le long de chacun desaxes, lesdits forages 44 sont agencés de sorte que l’écart entre chaque forage44 soit croissant, d’un bout à l’autre de chaque axe. La région 41 dans laquelle est destiné à circuler un fluide transportant une quantité d’énergie thermiqueimportante comprend des forages 44 séparés entre eux par une distancerelativement faible, par exemple, de l’ordre d’un à trois mètres. La région 41dans laquelle est destiné à circuler un fluide transportant une faible quantitéd’énergie thermique comprend des forages 44 séparés entre eux par unedistance plus importante, par exemple, de l’ordre de trois à neuf mètres. Lesforages 44 répartis le long d’un axe peuvent être agencés sensiblement enquinconce avec les forages 44 répartis le long des axes adjacents
Avantageusement, dans cet exemple de réalisation, les conduits desforages 44 agencés sur un même axe sont connectés les uns aux autres, desorte qu’il est possible d’exploiter l’énergie thermique du fluide circulant dansles forages 44 agencés sur un même axe de façon indépendante des forages44 agencés sur les autres axes.
Les forages 44 décrits dans cet exemple de réalisation de l’inventions’intégrent de manière optimale dans une zone de stockage 40 de la formed’un parallélépipède rectangle, par exemple, présentant sensiblement unelargeur de quinze à trente mètres, une longueur de vingt à cinquante mètres etune profondeur de sept à dix mètres.
Dans un autre exemple de réalisation de l’invention, représenté par lafigure 12 les forages 44 peuvent être répartis de manière circulaire, selonplusieurs cercles concentriques. Les forages 44 sont, par exemple, répartis àune distance les uns des autres, dont la valeur est proportionnelle à la valeurdu rayon du cercle sur lequel ils sont agencés. La région 41 dans laquelle estdestiné à circuler un fluide transportant une quantité d’énergie thermiqueimportante comprend des forages 44 séparés entre eux par une distancerelativement faible, par exemple, de l’ordre d’un à deux mètres. La région 41dans laquelle est destiné à circuler un fluide transportant une faible quantitéd’énergie thermique comprend des forages 44 séparés entre eux par unedistance plus importante, par exemple, de l’ordre de trois à six mètres.Additionnellement, les forages 44 peuvent être agencés sensiblement enquinconce circulaire les uns avec les autres.
Avantageusement, les forages 44 agencés sur le cercle dont la valeurdu rayon est la plus faible comprennent des conduits de délestage 12’ et les forages 44 agencés sur chacun des autres cercles comprennent,alternativement d’un cercle à l’autre, des conduits de transfert 22 et desconduits de délestage 12’. Les cercles dont la valeur du rayon est la plusimportante comprennent des conduits de transfert 22. Ces dispositionspermettent d’optimiser le rendement du dispositif de stockage 10.
En outre, chaque forage 44 peut être d’une profondeur inversementproportionnelle à la valeur du rayon cercle sur lequel il est agencé, de sorteque, plus un forage 44 est proche du centre des cercles, plus sa profondeur estimportante. A l’exception près, comme représenté dans un exemple deréalisation sur la figure 13, que les forages 44 comprenant des conduits detransfert 22 présentent une profondeur plus importante que les forages 44comprenant des conduits de délestage 12’ auxquels ils sont adjacents. Cesdispositions permettent de limiter les pertes d’énergie thermique des conduitsde délestage 12’ dans la mesure où une partie de l’énergie thermique perduepar les conduits de délestage 12’ est récupérée par les conduits de transfert22, du fait de leur agencement.
Les forages 44 décrits dans cet exemple de réalisation de l’inventions’intégrent de manière optimale dans une zone de stockage 40 de formesensiblement cylindrique ou conique, par exemple, présentant sensiblement undiamètre de quinze à trente mètres, et les forages 44 les plus profondsprésentent une longueur de quarante à cinquante mètres.
Avantageusement, dans cet exemple de réalisation, les conduits desforages 44 agencés sur un même cercle sont connectés les uns aux autres, desorte qu’il est possible d’exploiter l’énergie thermique du fluide circulant dansles forages 44 agencés sur un même cercle de façon indépendante desforages 44 agencés sur les autres cercles.
De manière alternative, les conduits des forages 44 selon lesexemples de réalisation décrits ci-dessus peuvent être individuellementraccordés aux premier et second moyens de dérivation amont 13 et 23 et auxpremier et second moyens de dérivation aval 14 et 24. Ainsi, il est possible depiloter les premiers moyens de dérivation amont 13 et aval 14 afin de choisirles forages 44 dans lesquels l’énergie thermique est destinée à être stockée, etde piloter les seconds moyens de dérivation amont 23 et aval 24 afin de choisir les forages 44 dans lesquels l’énergie thermique va être récupérée afin derépondre à un besoin d’un utilisateur. Le stockage de l’énergie thermique peutêtre géré de manière plus fine grâce à ces dispositions, et ainsi s’adapter aumieux au besoin d’un utilisateur et optimiser le rendement du dispositif destockage 10.
Il y a lieu de noter que, pour des raisons de simplicité et de rapidité demise en œuvre, le choix de la réalisation de forages 44 et/ou de rainures 43pour la mise en place des circuits de chargement 12 et de transfert 22 estréalisé en fonction de paramètres géologiques du sol dans lequel est destinéeà être disposé la zone de stockage 40. Par exemple, la réalisation de forages44 est plus adaptée que la réalisation de rainures 43 lorsque la zone destockage 40 doit être disposée dans un sol présentant une forte concentrationde roche, et à l’inverse, la réalisation de rainures 43 est plus adaptée que laréalisation de forages 44 lorsque la zone de stockage 40 doit être disposéedans un sol présentant une faible concentration de roche.
Par ailleurs, il y a également lieu de noter que, la réalisation derainures 43 et/ou de forages 44 dans la zone de stockage 40 estparticulièrement adaptée aux dispositifs de transferts 10 destinés à répondreau besoin en énergie thermique d’ensembles de bâtiments d’habitationindividuel, la zone de stockage 40 étant dimensionnée en conséquence.
La figure 14 représente un dispositif de stockage 10 selon un autremode de réalisation, comprenant une zone de stockage 40 formée à partird’une cavité réalisée dans un sous-sol terrestre, s’étendant entre la surface dusol et une base. La cavité est, par exemple, de la forme d’un prismecylindrique.
Comme représenté par la figure 14, la cavité, formant la zone destockage 40, comprend une enceinte isolante thermique 42’, par exemple sousla forme d’une couche de matériau isolant thermique, enveloppe l’ensemble dela zone de stockage 40.
La zone de stockage 40 peut comprendre un moyen d’étanchéité àl’eau, tel qu’une membrane d’étanchéité, disposée autour de l’ensemble de sapériphérie afin de réduire ou d’éliminer les pertes d’énergie thermique par pénétration d’eau dans ladite zone, l’eau étant apte à transporter de l’énergiethermique.
La zone de stockage 40 comprend en plusieurs régions 41préférentiellement organisée sous forme de strates superposées les unes auxautres, chacune étant, par exemple, constituée d’un matériau présentant unecapacité de résistance thermique différente. Dans chaque région 41 cheminentun conduit de délestage 12’ et un conduit de transfert 22 serpentantrespectivement dans un plan sensiblement horizontal, de façon à former desméandres d’un bout à l’autre de chaque région 41. Dans chacune des régions41, le conduit de délestage 12’ et le conduit de transfert 22 peuvent êtresuperposés l’un par rapport à l’autre, tel que représenté par la figure 14, oujuxtaposés dans le même plan horizontal. Préférentiellement, lorsque lesditsconduits 12 et 22 sont superposés, dans une région 41 donnée, le conduit dedélestage 12’ est disposé à une profondeur, par rapport à la surface du sol,supérieure au conduit de transfert 22, par exemple de l’ordre de quelquescentimètres ou dizaines de centimètres.
La zone de stockage 40 représentée par la figure 4 comprend unepremière région, dite «région inférieure» 41Γ, contigüe à l’ensemble de labase de la cavité et distante de la surface du sol. La région inférieure 41Γ estconstituée d’un matériau présentant un pouvoir d’isolation thermique élevé. Atitre d’exemple non limitatif, le coefficient de conductivité thermique du matériauconstituant la région inférieure 41Γ est par exemple de l’ordre de 0,10 à0,21 W/m.K.. Un matériau présentant un tel coefficient peut être du béton. Larégion inférieure 41Γ présente, par exemple, une épaisseur de 50 centimètres.
Une deuxième région, dite «région intermédiaire» 410’, estsuperposée à la région inférieure 41Γ. La région intermédiaire 410’ estconstituée d’un matériau présentant un pouvoir d’isolation thermique moinsélevé que celui constituant la région inférieure 41Γ. A titre d’exemple nonlimitatif, le coefficient de conductivité thermique du matériau constituant larégion intermédiaire est par exemple de l’ordre de 0,21 à 0,30 W/m.K.. Unmatériau présentant un tel coefficient peut être un agrégat, tel que du sable. Larégion intermédiaire 410’ présente, par exemple, une épaisseur de 50centimètres.
Une troisième région, dite « région supérieure » 412’, est superposéeà la région intermédiaire 410’. La région supérieure est préférentiellementattenante à la surface du sol. La région supérieure 412’ est constituée d’unmatériau présentant un pouvoir d’isolation thermique moins élevé que celuiconstituant la région inférieure 41Γ. A titre d’exemple non limitatif, le coefficientde conductivité thermique du matériau constituant la région supérieure 412’ estde l’ordre de 0,30 à 1 W/m.K.. Un matériau présentant un tel coefficient peutêtre de la terre, par exemple argileuse ou siliceuse, chargée en roche ou non.La région supérieure présente, par exemple, une épaisseur de 100centimètres.
Les fluides traversant la région inférieure 411’ transportent unequantité d’énergie thermique supérieure aux fluides traversant les autresrégions dans la mesure où le pouvoir isolant d’une région, constituée par unmatériau donné, croît avec la profondeur à laquelle elle est située, par rapportà la surface du sol. De ce fait, plus une région est située profondément parrapport à la surface du sol, plus le matériau la constituant présente uncoefficient de conduction thermique important.
Dans ce mode de réalisation de l’invention, de la même manière queprécédemment décrit, les conduits respectifs de la première et la deuxièmeportion du circuit de chargement 11 sont reliés entre eux par les premiersmoyens de dérivation amont 13 et aval 14. De manière analogue, les conduitsrespectifs de la première et la deuxième portion du circuit de transfert 21 sontreliés entre eux par les seconds moyens de dérivation amont 23 et aval 24.
Dans un exemple de fonctionnement, lorsque le fluide transporte unequantité d’énergie thermique relativement élevée, par exemple, lorsque satempérature est supérieure à quarante degrés Celsius, il est dirigé par lespremiers moyens de dérivation amont 13 de sorte à circuler à travers la régioninférieure 41Γ. Le fluide atteint une telle température, par exemple, en saisonestivale.
Lorsque le fluide transporte une quantité d’énergie thermique comprisedans un intervalle prédéfini, par exemple, lorsque sa température est entretrente et quarante degrés Celsius, il est dirigé par les premiers moyens dedérivation amont 13 de sorte à circuler à travers la région intermédiaire 410’. Le fluide atteint une telle température, par exemple, entre la saison estivale et lasaison hivernale.
Lorsque le fluide transporte une quantité d’énergie thermiquerelativement faible, par exemple, lorsque sa température est inférieure à trentedegrés Celsius, il est dirigé par les premiers moyens de dérivation amont 13 desorte à circuler à travers la région supérieure 412’. Le fluide atteint une telletempérature, par exemple, en saison hivernale.
Ce mode de réalisation est, par exemple, approprié pour alimenter enénergie thermique un bâtiment d’habitation individuel.
Dans d’autres exemples de réalisation de la zone de stockage 40,ladite zone de stockage 40 peut être en partie ou entièrement hors-sol, c’est-à-dire, émergée de la surface du sol.
Dans un exemple de réalisation de l’invention non représenté sur lesfigures, une région 41 est agencée à une profondeur plus importante que lesautres régions, par exemple au moins un mètre au-dessous de la régioninférieure 41Γ. Cette région 41 est destinée à être traversée par des conduitsdans lesquels circule un fluide transportant une faible quantité d’énergiethermique pour une utilisation pour une utilisation de rafraîchissement d’unbâtiment, en saison estivale. La température du fluide est, par exemple,d’environ douze à vingt degrés Celsius.
Dans des exemples de réalisation de l’invention, le dispositif destockage 10 peut recevoir des aménagements en fonction des conditionsclimatiques du territoire sur lequel il est implanté. Par exemple, les couchesisolantes thermiques peuvent présenter des épaisseurs plus ou moinsimportantes en fonction du pouvoir isolant désiré.
Avantageusement, les fluides sont respectivement entraînés encirculation dans les conduits de délestage 12’, dans les conduits de transfert 22et dans les conduits de consommation 32 par un moyen moteur, tel qu’unepompe hydraulique, piloté par l’organe contrôle et de commande.
La quantité d’énergie thermique qu’un fluide transporte est mise enrelation, dans la description de l’invention, de façon non limitative, avec lessaisons estivale et hivernale, mais elle peut alternativement être caractérisée,par exemple, par différentes périodes d’une journée, tel que le jour et la nuit.
De manière plus générale, il est à noter que les modes de mise enœuvre et de réalisation considérés ci-dessus ont été décrits à titre d’exemplesnon limitatifs, et que d’autres variantes sont par conséquent envisageables.
Notamment, le dispositif de stockage 10 a été décrit en considérantque les fluides circulent à travers une unique région 41 de la zone de stockage 40 à la fois. Cependant, dans d’autres modes de réalisation, plusieurs régions 41 peuvent concomitamment être traversées par les fluides.
De plus, le sens de circulation des fluides dans les conduits dedélestage 12’, de transfert 22 et de consommation 32 peut être le sens inverseque celui décrit ci-avant.

Claims (4)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de stockage (10) d’énergie thermique comprenant un circuit dechargement (11) en énergie thermique qui chemine dans une zone dechargement (30) en énergie thermique, comprenant : - au moins un conduit de chargement (12) dans lequel circule un fluide destinéà être chargé en énergie thermique par une source d’alimentation en énergiethermique et destiné à transporter cette énergie thermique, et - au moins un conduit de délestage (12’) en énergie thermique en relation decommunication avec le conduit de chargement (12) par le biais de moyens deraccordement, et dans lequel circule un fluide destiné à transporter cetteénergie thermique et à être déchargé de cette énergie thermique, le dispositif de stockage (10) comprenant une zone de stockage (40)d’énergie thermique dans laquelle cheminent au moins un conduit de délestage(12’), la zone de stockage (40) étant formée dans une masse configurée pouremmagasiner tout ou partie de l’énergie thermique transportée par le fluidecirculant dans le conduit de délestage (12’),- un circuit de transfert (21) enénergie thermique comprenant au moins une première portion (211) danslaquelle circule un fluide destiné à être chargé en énergie dans la zone destockage (40) et une seconde portion (212) dans laquelle circule un fluidedestiné à transférer cette énergie à un circuit de consommation (32) d’énergiethermique, le dispositif de stockage (10) étant caractérisé en ce que la zone de stockage(40) comprend plusieurs régions (41) agencées de sorte qu’une premièrerégion soit juxtaposée à au moins une deuxième région, lesdites régionspouvant être isolées thermiquement les unes des autres et dans chacunedesquelles cheminent respectivement au moins un conduit de délestage (12’)et une première portion (211) du circuit de transfert (21), les moyens deraccordement comprenant des moyens de dérivation amont et aval (13, 14) ducircuit de chargement (11), par lesquels le conduit de chargement (12) est enrelation de communication avec les conduits de délestage (12’), lesdits moyensde dérivation amont et aval (13, 14) étant pilotés par un organe de contrôle et de commande de sorte à diriger la circulation du fluide dans un conduit dedélestage (12’) cheminant dans une région (41) prédéterminée en fonction dela quantité d’énergie thermique que le fluide transporte et en fonction de laquantité volumique d’énergie thermique que comprend la région (41).
  2. 2. Dispositif de stockage (10) selon la revendication 1, dans lequel lespremières portions (211) du circuit de transfert (21) sont en relation decommunication avec une seconde portion (212) du circuit de transfert (21) parle biais moyens de dérivation amont et aval (23, 24) du circuit de transfert (21),lesdits moyens de dérivation amont et aval (23, 24) étant pilotés par un organede contrôle et de commande configuré de sorte à pouvoir faire prioritairementcommuniquer la seconde portion (212) du circuit de transfert (21) avec lapremière portion (211) du circuit de transfert (21) parcourant la région (41)emmagasinant la quantité d’énergie thermique la plus faible, mais suffisantepour satisfaire le besoin d’un utilisateur. 3. Dispositif de stockage (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel,l’organe de contrôle et de commande est configuré de sorte à piloter lesmoyens de dérivations amont et aval (13, 14) du circuit de chargement (11) defaçon à ce que chaque région (41) conserve une quantité d’énergie thermiquecomprise dans un intervalle prédéfinie qui lui est propre, et de manière àcharger en énergie thermique une région (41), adaptée à conserver la plusgrande quantité d’énergie thermique, de façon prioritaire par rapport aux autresrégions (41). 4. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 3, danslequel, lorsqu’un point d’équilibre thermique est atteint entre le fluide circulantdans le conduit de délestage (12’) cheminant dans une région (41) et cetterégion (41) et que ce point d’équilibre résulte d’un gain d’énergie thermique deladite région (41), les moyens de dérivation amont et aval (13, 14) du circuit dechargement (11) sont pilotés de sorte que le fluide circule dans le conduit dedélestage (12’) cheminant dans la région (41) conservant une quantité d’énergie thermique comprise dans un intervalle immédiatement inférieur à laquantité d’énergie thermique transportée par le fluide.
  3. 5. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 4, danslequel les régions (41) de la zone de stockage (40) peuvent être configurées desorte à présenter une résistance thermique différente les unes des autres. 6. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 5, danslequel la première région est une région centrale et la ou les autres régionssont des régions périphériques s’étendant autour de la région centrale, et danslequel le fluide est dirigé par des moyens de dérivation amont (13, 23) du circuitde chargement de sorte à circuler dans un conduit de délestage (12’)cheminant dans la région centrale lorsqu’il transporte une quantité d’énergiethermique supérieure à une valeur prédéterminée, et est dirigé par des moyensde dérivation amont (13, 23) de sorte à circuler dans un conduit de délestage(12’) cheminant dans la ou les régions périphériques lorsqu’il transporte unequantité d’énergie inférieure à une valeur prédéterminée. 7. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 6, danslequel la seconde portion (212) du circuit de transfert (21) chemine dans unezone de transfert (50) en relation avec le circuit de consommation (32), laditezone de transfert (50) comportant un échangeur d’énergie thermique adapté àtransférer une partie de l’énergie thermique transportée par le fluide circulantdans la seconde portion (212) du circuit de transfert (21) au fluide circulantdans le circuit de consommation (32). 8. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 7, danslequel les conduits de délestage (12’) forment un circuit de délestage dont uneportion chemine dans une zone de transfert en relation avec une portion ducircuit de chargement (11), ladite zone de transfert comportant un échangeurd’énergie thermique adapté à transférer une partie de l’énergie thermique transportée par le fluide circulant dans la portion du circuit de chargement (11)au fluide circulant dans le circuit de délestage (12’).
  4. 9. Dispositif de stockage (10) selon la revendication 1, dans lequel lecircuit de chargement (11) comprend des conduits de déviation (12”)directement en relation de communication avec le conduit de transfert (22)sans cheminer par la zone de stockage (40), de sorte que le fluide est apte àcheminer directement dans la zone de transfert (50), suite à sa circulation dansla zone de chargement (30). 10. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 9, danslequel les conduits de délestage (12’) et/ou les conduits de transfert (22) sontnoyés dans une masse et s’étendent en serpentin dans des rainures verticales(43) pratiquées dans la zone de stockage (40). 11. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 9, danslequel les conduits de délestage (12’) et/ou les conduits de transfert (22) sontnoyés dans une masse et forment respectivement une boucle dans desforages verticaux (44) pratiqués dans la zone de stockage (40). 12. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 11, danslequel la zone de stockage (40) comprend une enceinte isolante thermique (42,42’) sur au moins une portion de sa périphérie. 13. Dispositif de stockage (10) selon Tune des revendications 1 à 12, danslequel la zone de stockage (40) est destinée à être enfouie dans un sous-solterrestre. 14. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 13, danslequel les conduits de délestage (12’) et/ou les conduits de transfert (22) sontdisposés de sorte qu’ils s’introduisent et sortent par un même coté d’une région(41) qu’ils traversent. 15. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 13, danslequel les conduits de délestage (12’) et/ou les conduits de transfert (22) sontdisposés de sorte qu’ils s’introduisent et sortent respectivement par deux cotésopposés d’une région (41) qu’ils traversent. 16. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 15, danslequel les conduits de délestage (12’) et les conduits de transfert (22) peuventêtre alternativement constitués par les mêmes conduits. 17. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 15, danslequel le fluide circulant dans un conduit de transfert (22) cheminant une région(41) peut circuler dans un sens opposé au sens de circulation du fluidecirculant dans les conduits de délestage (12’) cheminant dans la même région. 18. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 17, danslequel au moins une région (41) comprend une extrémité distale dans laquellechemine uniquement des conduits de transfert (22). 19. Dispositif de stockage (10) selon les revendications 13 et 18, danslequel la zone de stockage comprend une seule région (41) dans laquellechemine au moins un conduit de délestage (12’) entre un point d’entrée et unpoint de sortie de ladite région (41), suffisamment distants l’un de l’autre pourque l’extrémité distale de cette région (41), comprenant ledit point de sortie, nesoit chargée que d’une quantité thermique inférieure à celle que transporte lefluide circulant dans le ou les conduits de délestage (12’), mais supérieure àune quantité d’énergie thermique représentative de la température du sous-solterrestre.
FR1657598A 2016-08-05 2016-08-05 Dispositif de stockage d'energie thermique Active FR3054878B1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1657598A FR3054878B1 (fr) 2016-08-05 2016-08-05 Dispositif de stockage d'energie thermique
PCT/FR2017/052198 WO2018025000A1 (fr) 2016-08-05 2017-08-04 Dispositif de stockage d'énergie thermique

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1657598 2016-08-05
FR1657598A FR3054878B1 (fr) 2016-08-05 2016-08-05 Dispositif de stockage d'energie thermique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3054878A1 FR3054878A1 (fr) 2018-02-09
FR3054878B1 true FR3054878B1 (fr) 2019-07-26

Family

ID=57348864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1657598A Active FR3054878B1 (fr) 2016-08-05 2016-08-05 Dispositif de stockage d'energie thermique

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3054878B1 (fr)
WO (1) WO2018025000A1 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3129714B1 (fr) * 2021-11-29 2023-12-08 Commissariat Energie Atomique Système de stockage thermique par thermocline

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10114257A1 (de) * 2001-03-22 2002-09-26 Peter Klemm Verfahren zum Betreiben von Erdwärmespeichern, Erdwärmespeicher zur Ausübung des Verfahrens sowie Vorrichtung zur Regulierung des Erdwärmespeichers
FR2893123B1 (fr) * 2005-11-10 2008-01-04 Ventilone Sarl Procede de controle du stockage d'energie thermique dans le sol et dispositif associe
DE102009012318B4 (de) * 2009-03-09 2011-12-15 Rawema Countertrade Handelsgesellschaft Mbh Wärmespeichersystem

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018025000A1 (fr) 2018-02-08
FR3054878A1 (fr) 2018-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2006070096A2 (fr) Module de chauffage et de rafraichissement autonome
EP1946009A1 (fr) Procede de controle du stockage d'energie thermique dans le sol et dispositif associe
WO2009007606A2 (fr) Echangeur vissé vertical enterré pour installation de chauffage ou de rafraichissement
EP1872067A1 (fr) Sonde de captage de l'energie thermique du sol pour pompe a chaleur, et reseau de captage muni de telles sondes
FR2996631A1 (fr) Echangeur thermique pour systeme de stockage thermique
FR3054878B1 (fr) Dispositif de stockage d'energie thermique
EP3798532A1 (fr) Machine thermodynamique de type thermofrigopompe multisources et procédé de fonctionnement
FR2938900A1 (fr) Dispositif de conditionnement d'air comportant un puit canadien et un echangeur de chaleur secondaire
FR3036174B1 (fr) Dispositif de stockage geothermique reversible dans un massif de sol reconstitue
EP2775245A1 (fr) Dispositif de stockage d'énergie thermique
WO2014106597A1 (fr) Systeme de circulation fluidique pour une installation a plusieurs modules elementaires de stockage d'energie
EP3423772B1 (fr) Reservoir de stockage de chaleur a fonctionnement optimise
WO2018006183A1 (fr) Reseau de distribution d'energie thermique
WO2019186019A1 (fr) Module de dégradation de l'énergie d'un ouragan et procédé associé
EP3271633B1 (fr) Système télescopique et flottant de distribution de fluide caloporteur pour un dispositif de stockage d'énergie thermique
WO2024141911A1 (fr) Système d'échange thermique par boucle d'échange géothermique associé à des sources de chaleur additionnelles
EP3392595B1 (fr) Système de distribution de fluide caloporteur pour un dispositif de stockage d'énergie thermique comportant des systèmes thermostatiques
CH712526A1 (fr) Réseau urbain d'échange thermique.
FR2950957A1 (fr) Methode et systeme de stockage d'energie thermique par doublet non reversible
FR2817024A1 (fr) Systeme de capteur enterre pour pompe a chaleur
FR2487049A1 (fr) Procede d'accumulation et de regulation de la chaleur a constantes de temps multiples, un accumulateur appliquant ce procede et une installation pourvue de cet accumulateur
FR3038369A1 (fr) Systeme de stockage et de production d'energie thermique
EP4370841A1 (fr) Système solaire
BE1023143B1 (fr) Procédé pour l'installation d'un système de production d'énergie solaire thermique
EP4336124A1 (fr) Système et procédé de transfert d'énergie thermique

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20180209

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 8