FR3091341A1 - THERMOCHEMICAL WET AIR ENERGY STORAGE / RELEASE SYSTEM WITH THERMODYNAMIC DEHYDRATION TEMPERATURE LOWERED BY A DEHUMIDIFIER - Google Patents
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Abstract
Un système de stockage/libération thermochimique d’énergie à air humide (10) comprend un dispositif de déshumidification (36) configuré pour fonctionner dans un mode de stockage d’énergie du système, en déshumidifiant un flux d’air (AF) avant admission de ce dernier dans l’enceinte (14) d’un réacteur thermochimique, et pour être hors service dans un mode de libération d’énergie du système. Le dispositif de déshumidification (36) permet d’abaisser le degré d’humidité de l’air entrant dans l’enceinte (14), ce qui conduit à un abaissement de la température thermodynamique d’une réaction de déshydratation d’un lit de matériau réactif (24) au sein du réacteur thermochimique (12). Il en résulte une amélioration des performances du système. Figure pour l’abrégé : Figure 1A humid air thermochemical energy storage / release system (10) includes a dehumidification device (36) configured to operate in an energy storage mode of the system, by dehumidifying an air flow (AF) before admission of the latter in the enclosure (14) of a thermochemical reactor, and to be out of service in an energy release mode of the system. The dehumidification device (36) makes it possible to lower the degree of humidity of the air entering the enclosure (14), which leads to a lowering of the thermodynamic temperature of a dehydration reaction of a bed of reactive material (24) within the thermochemical reactor (12). This results in improved system performance. Figure for the abstract: Figure 1
Description
DescriptionDescription
Titre de l’invention : SYSTÈME DE STOCKAGE/LIBÉRATION THERMOCHIMIQUE D’ÉNERGIE À AIR HUMIDE À TEMPÉRATURE THERMODYNAMIQUE DE DÉSHYDRATATION ABAISSÉE PAR UN DISPOSITIF DE DESHUMIDIFICATIONTitle of the invention: THERMOCHEMICAL WET AIR ENERGY STORAGE / RELEASE SYSTEM WITH THERMODYNAMIC DEHYDRATION TEMPERATURE LOWERED BY A DEHUMIDIFICATION DEVICE
Domaine techniqueTechnical area
[0001] La présente invention se rapporte au domaine des réacteurs thermochimiques à air humide.The present invention relates to the field of thermochemical wet air reactors.
[0002] Un réacteur thermochimique permet de faire réagir au moins deux réactifs, tour à tour pour les associer de manière exothermique, et pour les dissocier de manière endothermique.A thermochemical reactor makes it possible to react at least two reactants, in turn to associate them exothermically, and to dissociate them endothermically.
[0003] Particulièrement, ce type de réacteur est utilisé pour stocker la chaleur de manière dense et sur de longues durées. Une application importante mais non limitative consiste à utiliser la chaleur solaire pour dissocier les réactifs puis à chauffer un bâtiment en les réassociant. Ces deux opérations peuvent être séparées par un intervalle de temps important. Il est en particulier possible d’utiliser cette technologie pour réaliser un stockage de chaleur intersaisonnier.[0003] In particular, this type of reactor is used to store heat in a dense manner and over long periods of time. An important but non-limiting application consists in using solar heat to dissociate the reagents and then to heat a building by reassociating them. These two operations can be separated by a long time interval. In particular, it is possible to use this technology to achieve inter-seasonal heat storage.
[0004] Le domaine de la présente invention se limite au domaine des réacteurs thermochimiques à air humide, c'est-à-dire dans lesquels un flux d’air est utilisé en tant que fluide caloporteur assurant les échanges thermiques entre les réactifs et le milieu extérieur, et dans lesquels l’un des réactifs est de l’eau sous forme de vapeur contenue dans le flux d’air.The field of the present invention is limited to the field of thermochemical wet air reactors, that is to say in which an air flow is used as a heat transfer fluid ensuring the heat exchanges between the reactants and the external environment, and in which one of the reactants is water in the form of vapor contained in the air flow.
[0005] L’invention concerne en particulier, mais non exclusivement, les réacteurs dans lesquels l’un des réactifs, solide, est stocké, tandis que l’eau constituant l’autre réactif, gazeux, ne l’est pas et est prélevée dans l’air atmosphérique. De tels réacteurs thermochimiques fonctionnent ainsi en système ouvert au regard du réactif gazeux.The invention relates in particular, but not exclusively, to reactors in which one of the reactants, solid, is stored, while the water constituting the other reagent, gaseous, is not and is withdrawn in atmospheric air. Such thermochemical reactors thus operate in an open system with regard to the gaseous reactant.
[0006] La réaction thermochimique opérée dans un tel système est une réaction de sorption de nature chimique et/ou physique.The thermochemical reaction carried out in such a system is a sorption reaction of a chemical and / or physical nature.
Technique antérieurePrior art
[0007] De l’état de la technique, il est connu un système de stockage/libération thermochimique d’énergie à air humide, conçu pour fonctionner alternativement dans un mode de stockage d’énergie et dans un mode de libération d’énergie, et comprenant un réacteur thermochimique, un dispositif de captation d’énergie thermique extérieur au réacteur thermochimique, et un système de diffusion de chaleur extérieur au réacteur thermochimique, dans lequel le réacteur thermochimique comprend : une enceinte comportant une entrée d’air pour admettre un flux d’air dans l’enceinte et une sortie d’air pour rejeter le flux d’air hors de l’enceinte ; un lit de matériau réactif agencé dans l’enceinte et configuré pour être déshydraté de manière endothermique pour stocker de l’énergie, dans le mode de stockage d’énergie, et pour être hydraté de manière exothermique pour libérer l’énergie préalablement stockée, dans le mode de libération d’énergie ; un premier dispositif de transfert d’énergie agencé dans l’enceinte et configuré pour fournir de l’énergie thermique au lit de matériau réactif à partir d’énergie fournie par le dispositif de captation d’énergie thermique, dans le mode de stockage d’énergie ; et un deuxième dispositif de transfert d’énergie agencé dans l’enceinte et configuré pour transférer de l’énergie thermique du flux d’air au système de diffusion de chaleur, dans le mode de libération d’énergie.[0007] From the state of the art, a thermochemical storage / release system of moist air energy is known, designed to operate alternately in an energy storage mode and in an energy release mode, and comprising a thermochemical reactor, a device for capturing thermal energy external to the thermochemical reactor, and a heat diffusion system external to the thermochemical reactor, in which the thermochemical reactor comprises: an enclosure comprising an air inlet for admitting a flow air in the enclosure and an air outlet to reject the air flow out of the enclosure; a bed of reactive material arranged in the enclosure and configured to be dehydrated endothermically to store energy, in the energy storage mode, and to be hydrated exothermically to release the energy previously stored, in the energy release mode; a first energy transfer device arranged in the enclosure and configured to supply thermal energy to the bed of reactive material from energy supplied by the thermal energy capture device, in the storage mode of energy; and a second energy transfer device arranged in the enclosure and configured to transfer thermal energy from the air flow to the heat diffusion system, in the energy release mode.
[0008] Les réactions de déshydratation thermochimiques sont liées à des équilibres entre température et humidité. En conditions chaudes et sèches, le matériau réactif solide va stocker de l’énergie en se déshydratant, tandis qu’il va en céder en conditions froides et humides, en s’hydratant.Thermochemical dehydration reactions are linked to equilibria between temperature and humidity. In hot and dry conditions, the solid reactive material will store energy by dehydrating, while it will give up in cold and wet conditions, by hydrating.
[0009] La température de déshydratation dans le mode de stockage d’énergie est un enjeu important pour l’efficacité du système : si le matériau peut se déshydrater pour stocker l’énergie à plus faible température, le système sera plus performant et moins coûteux.The dehydration temperature in the energy storage mode is an important issue for the efficiency of the system: if the material can dehydrate to store energy at a lower temperature, the system will be more efficient and less costly .
[0010] En effet, les pertes thermiques augmentent en général avec l’écart de température par rapport à la température ambiante.In fact, the heat losses generally increase with the temperature difference from the ambient temperature.
[0011] D’autre part, la température de déshydratation contraint le choix de tous les composants concernés par cette température. Il est donc plus facile et moins coûteux d’approvisionner des composants dont la limite haute de température est plus basse.On the other hand, the dehydration temperature constrains the choice of all the components concerned by this temperature. It is therefore easier and cheaper to supply components with a lower upper temperature limit.
[0012] Il existe donc un besoin pour un système de stockage/libération thermochimique d’énergie à air humide capable d’opérer la déshydratation du réactif solide à une température plus basse que les systèmes connus.There is therefore a need for a thermochemical storage / release system of moist air energy capable of effecting the dehydration of the solid reactant at a lower temperature than the known systems.
Exposé de l’inventionStatement of the invention
[0013] L’invention propose à cet effet un système de stockage/libération thermochimique d’énergie à air humide du type décrit ci-dessus, comprenant en outre un dispositif de déshumidification configuré pour fonctionner dans le mode de stockage d’énergie en abaissant une teneur en vapeur d’eau du flux d’air avant passage de ce dernier au travers du lit de matériau réactif, et pour être hors service dans le mode de libération d’énergie.The invention provides for this purpose a thermochemical storage / release system of moist air energy of the type described above, further comprising a dehumidification device configured to operate in the energy storage mode by lowering a water vapor content of the air flow before it passes through the bed of reactive material, and to be out of service in the energy release mode.
[0014] Un tel système permet un abaissement de la température à laquelle s’opère la déshydratation du matériau réactif. En effet, le dispositif de déshumidification permet d’abaisser le degré d’humidité de l’air avant mise en contact de cet air avec le lit de matériau réactif, ce qui conduit à un abaissement de la température thermodynamique de déshydratation du matériau réactif. Ce principe est valable aussi bien dans le cadre de réactions de sorption physique que dans le cadre de réactions de sorption chimique.Such a system allows a lowering of the temperature at which the dehydration of the reactive material takes place. Indeed, the dehumidification device makes it possible to lower the degree of humidity of the air before bringing this air into contact with the bed of reactive material, which leads to a lowering of the thermodynamic dehydration temperature of the reactive material. This principle is valid both in the context of physical sorption reactions and in the context of chemical sorption reactions.
[0015] Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, le dispositif de déshumidification est un déshumidificateur d’air séparé de l’enceinte du réacteur thermochimique et est configuré pour fonctionner dans le mode de stockage d’énergie en déshumidifiant le flux d’air avant admission de ce dernier dans l’enceinte par l’entrée d’air de l’enceinte.In preferred embodiments of the invention, the dehumidification device is an air dehumidifier separate from the enclosure of the thermochemical reactor and is configured to operate in the energy storage mode by dehumidifying the flow d air before admission of the latter into the enclosure by the air inlet of the enclosure.
[0016] Dans un premier mode de réalisation de l’invention, le système comprend en outre un local dans lequel sont logés le réacteur thermochimique et le déshumidificateur d’air constituant le dispositif de déshumidification, et dans lequel débouche l’entrée d’air de l’enceinte, le local comprenant une admission d’air débouchant dans un milieu extérieur, et le déshumidificateur d’air étant configuré pour déshumidifier de l’air provenant de l’admission d’air du local avant admission dudit air dans l’enceinte du réacteur thermochimique par l’entrée d’air de l’enceinte, dans le mode de stockage d’énergie.In a first embodiment of the invention, the system further comprises a room in which are housed the thermochemical reactor and the air dehumidifier constituting the dehumidification device, and in which opens the air inlet of the enclosure, the room comprising an air intake opening into an external environment, and the air dehumidifier being configured to dehumidify air coming from the air intake of the room before admission of said air into the enclosure of the thermochemical reactor by the air inlet of the enclosure, in the energy storage mode.
[0017] De préférence, le système comprend en outre une canalisation d’échappement raccordant directement la sortie de l’enceinte du réacteur thermochimique au milieu extérieur.Preferably, the system further comprises an exhaust pipe directly connecting the outlet of the enclosure of the thermochemical reactor to the external environment.
[0018] Dans un deuxième mode de réalisation de l’invention, le système comprend une première canalisation raccordant une sortie d’air du déshumidificateur d’air constituant le dispositif de déshumidification à l’entrée d’air de l’enceinte du réacteur thermochimique, une deuxième canalisation raccordant la sortie d’air de l’enceinte à une entrée d’air du déshumidificateur d’air, une troisième canalisation qui raccorde l’entrée d’air de l’enceinte à un milieu extérieur, une quatrième canalisation qui raccorde la sortie d’air de l’enceinte au milieu extérieur, et un dispositif de commutation aéraulique configuré pour autoriser une circulation d’air dans les première et deuxième canalisations et empêcher une circulation d’air dans les troisième et quatrième canalisations dans le mode de stockage d’énergie, et configuré pour autoriser une circulation d’air dans les troisième et quatrième canalisations et empêcher une circulation d’air dans les première et deuxième canalisations dans le mode de libération d’énergie.In a second embodiment of the invention, the system comprises a first pipe connecting an air outlet of the air dehumidifier constituting the dehumidification device to the air inlet of the enclosure of the thermochemical reactor , a second pipe connecting the air outlet of the enclosure to an air inlet of the air dehumidifier, a third pipe which connects the air inlet of the enclosure to an external environment, a fourth pipe which connects the air outlet of the enclosure to the outside environment, and an aeraulic switching device configured to allow air circulation in the first and second pipes and prevent air circulation in the third and fourth pipes in the mode energy storage, and configured to allow air circulation in the third and fourth lines and prevent air flow in the first and second lines in the mode of energy release.
[0019] Par ailleurs, le système comprend en outre avantageusement un capteur solaire photovoltaïque alimentant électriquement le déshumidificateur d’air constituant le dispositif de déshumidification, dans le mode de stockage d’énergie.Furthermore, the system further advantageously comprises a photovoltaic solar collector electrically supplying the air dehumidifier constituting the dehumidification device, in the energy storage mode.
[0020] Dans un troisième mode de réalisation de l’invention, le système comprend une canalisation de retour raccordant la sortie d’air de l’enceinte à l’entrée d’air de l’enceinte du réacteur thermochimique, une canalisation d’entrée qui raccorde l’entrée d’air de l’enceinte à un milieu extérieur, une canalisation de sortie qui raccorde la sortie d’air de l’enceinte au milieu extérieur, et un dispositif de commutation aéraulique configuré pour autoriser une circulation d’air en boucle dans l’enceinte et la canalisation de retour et empêcher une circulation d’air dans la canalisation d’entrée et la canalisation de sortie dans le mode de stockage d’énergie, et configuré pour autoriser une circulation d’air dans la canalisation d’entrée et la canalisation de sortie et empêcher une circulation d’air dans la canalisation de retour dans le mode de libération d’énergie.In a third embodiment of the invention, the system comprises a return line connecting the air outlet of the enclosure to the air inlet of the enclosure of the thermochemical reactor, a line of inlet which connects the air inlet of the enclosure to an outside environment, an outlet pipe which connects the air outlet of the enclosure to the outside environment, and an air switching device configured to allow circulation of loop air through the enclosure and return line and prevent air flow through the inlet line and outlet line in the energy storage mode, and configured to allow air flow through the inlet pipe and outlet pipe and prevent air circulation in the return pipe in the energy release mode.
[0021] Le système selon le troisième mode de réalisation comprend en outre, raccordés en série de manière à mettre en œuvre un cycle frigorifique : un compresseur alimenté en énergie électrique par le dispositif de captation d’énergie thermique ; un échangeurcondenseur agencé dans l’enceinte du réacteur thermochimique entre l’entrée d’air de l’enceinte et le lit de matériau réactif et constituant le premier dispositif de transfert d’énergie ; un échangeur-évaporateur agencé dans l’enceinte du réacteur thermochimique entre le deuxième dispositif de transfert d’énergie et la sortie d’air de l’enceinte et constituant ledit dispositif de déshumidification ; et un détendeur.The system according to the third embodiment further comprises, connected in series so as to implement a refrigeration cycle: a compressor supplied with electrical energy by the device for capturing thermal energy; a condenser exchanger arranged in the enclosure of the thermochemical reactor between the air inlet of the enclosure and the bed of reactive material and constituting the first energy transfer device; an exchanger-evaporator arranged in the enclosure of the thermochemical reactor between the second energy transfer device and the air outlet of the enclosure and constituting said dehumidification device; and a regulator.
[0022] Le système selon le troisième mode de réalisation comprend en outre un dispositif d’évacuation d’eau configuré pour permettre que de l’eau liquide, formée par condensation de vapeur d’eau du flux d’air au contact de l’échangeur-évaporateur, quitte l’enceinte.The system according to the third embodiment further comprises a water discharge device configured to allow that liquid water, formed by condensation of water vapor from the air flow in contact with the exchanger-evaporator, leaves the enclosure.
[0023] L’invention concerne également un procédé de mise en œuvre d’un système du type décrit ci-dessus, le procédé comprenant au moins une phase de stockage d’énergie comprenant au moins des étapes de :The invention also relates to a method for implementing a system of the type described above, the method comprising at least one energy storage phase comprising at least steps of:
A) abaissement d’une teneur en vapeur d’eau d’un flux d’air au moyen du dispositif de déshumidification ; puisA) lowering of a water vapor content of an air flow by means of the dehumidification device; then
C) apport d’énergie thermique au lit de matériau réactif à partir d’énergie fournie par le dispositif de captation d’énergie thermique au moyen du premier dispositif de transfert d’énergie, et passage du flux d’air au travers du lit de matériau réactif, de sorte que s’opère une réaction endothermique réversible de déshydratation du matériau réactif, aboutissant à un enrichissement du flux d’air en vapeur d’eau.C) supply of thermal energy to the bed of reactive material from energy supplied by the thermal energy capture device by means of the first energy transfer device, and passage of the air flow through the bed of reactive material, so that a reversible endothermic reaction of dehydration of the reactive material takes place, resulting in an enrichment of the air flow in water vapor.
[0024] Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, le dispositif de déshumidification est un déshumidificateur d’air séparé de l’enceinte du réacteur thermochimique, le procédé comprenant une étape B d’admission du flux d’air dans l’enceinte du réacteur thermochimique par l’entrée d’air de l’enceinte après l’étape A et avant l’étape C, et le procédé comprenant, après l’étape C, une étape D de rejet du flux d’air hors de l’enceinte du réacteur thermochimique par la sortie d’air de l’enceinte.In preferred embodiments of the invention, the dehumidification device is an air dehumidifier separate from the enclosure of the thermochemical reactor, the method comprising a step B of admission of the air flow into the enclosure of the thermochemical reactor by the air inlet of the enclosure after step A and before step C, and the method comprising, after step C, a step D of rejection of the air flow out of the enclosure of the thermochemical reactor by the air outlet from the enclosure.
[0025] Dans le premier mode de réalisation de l’invention, le flux d’air est admis par une entrée d’air du déshumidificateur d’air directement à partir du local, et le flux d’air est rejeté par une sortie d’air du déshumidificateur d’air directement dans le local, au cours de l’étape A, et le flux d’air est admis par l’entrée d’air de l’enceinte du réacteur thermochimique directement à partir du local, au cours de l’étape B.In the first embodiment of the invention, the air flow is admitted by an air inlet of the air dehumidifier directly from the room, and the air flow is rejected by an outlet d air from the air dehumidifier directly in the room, during step A, and the air flow is admitted by the air inlet of the enclosure of the thermochemical reactor directly from the room, during from step B.
[0026] De préférence, le flux d’air est rejeté hors de l’enceinte du réacteur thermochimique directement dans le milieu extérieur, au cours de l’étape D.Preferably, the air flow is discharged outside the thermochemical reactor enclosure directly into the external environment, during step D.
[0027] Dans le deuxième mode de réalisation de l’invention, le flux d’air passé dans le déshumidificateur d’air à l’étape A est rejeté dans la première canalisation raccordée à l’entrée d’air de l’enceinte du réacteur thermochimique par laquelle le flux d’air est admis dans l’enceinte du réacteur thermochimique, à l’étape B, et l’étape D comprend le rejet du flux d’air à partir de la sortie d’air de l’enceinte du réacteur thermochimique dans la deuxième canalisation raccordée à une entrée d’air du déshumidificateur d’air par laquelle le flux d’air est admis dans le déshumidificateur d’air, à l’étape A.In the second embodiment of the invention, the air flow passed through the air dehumidifier in step A is rejected in the first pipe connected to the air inlet of the enclosure of the thermochemical reactor by which the air flow is admitted into the enclosure of the thermochemical reactor, in step B, and step D comprises the rejection of the air flow from the air outlet of the enclosure of the thermochemical reactor in the second pipe connected to an air inlet of the air dehumidifier through which the air flow is admitted into the air dehumidifier, in step A.
[0028] De préférence, le dispositif de déshumidification est alimenté en énergie électrique à partir d’un capteur solaire photo voltaïque.Preferably, the dehumidification device is supplied with electrical energy from a photovoltaic solar collector.
[0029] Dans le troisième mode de réalisation de l’invention, l’étape A est mise en œuvre par condensation de vapeur d’eau du flux d’air sur l’échangeur-évaporateur, et l’étape C comporte un transfert de chaleur au flux d’air à partir de l’échangeur-condenseur puis un transfert de chaleur du flux d’air au lit de matériau réactif.In the third embodiment of the invention, step A is implemented by condensation of water vapor from the air flow on the exchanger-evaporator, and step C includes a transfer of heat to the air flow from the exchanger-condenser then transfer of heat from the air flow to the bed of reactive material.
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
[0030] L’invention sera mieux comprise, et d’autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :The invention will be better understood, and other details, advantages and characteristics thereof will appear on reading the following description given by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings in which:
[0031] [fig.l] est une vue schématique en coupe d’un système de stockage/libération thermochimique d’énergie à air humide selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention ;[Fig.l] is a schematic sectional view of a thermochemical storage / release system of moist air energy according to a first preferred embodiment of the invention;
[0032] [fig-2] est une vue semblable à la figure 1, illustrant une variante du système de stockage/libération thermochimique d’énergie à air humide selon le premier mode de réalisation préféré de l'invention ;[Fig-2] is a view similar to Figure 1, illustrating a variant of the thermochemical storage / release system of moist air energy according to the first preferred embodiment of the invention;
[0033] [fig.3] est une vue semblable à la figure 1, illustrant une autre variante du système de stockage/libération thermochimique d’énergie à air humide selon le premier mode de réalisation préféré de l'invention ;[Fig.3] is a view similar to Figure 1, illustrating another variant of the thermochemical storage / release system of moist air energy according to the first preferred embodiment of the invention;
[0034] [fig-4] est une vue schématique en coupe d’un système de stockage/libération thermochimique d’énergie à air humide selon un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention, illustré en mode de stockage d’énergie ;[Fig-4] is a schematic sectional view of a thermochemical storage / release system of moist air energy according to a second preferred embodiment of the invention, illustrated in energy storage mode;
[0035] [fig.5] est une vue semblable à la figure 4, illustrant le système de stockage/libération thermochimique d’énergie à air humide selon un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention en mode de libération d’énergie ;[Fig.5] is a view similar to Figure 4, illustrating the thermochemical energy storage / release system in humid air according to a second preferred embodiment of the invention in energy release mode;
[0036] [fig.6] est une vue semblable à la figure 4, illustrant une variante du système de stockage/libération thermochimique d’énergie à air humide selon le deuxième mode de réalisation préféré de l'invention ;[Fig.6] is a view similar to Figure 4, illustrating a variant of the thermochemical storage / release system of moist air energy according to the second preferred embodiment of the invention;
[0037] [fig.7] est une vue schématique en coupe d’un système de stockage/libération thermochimique d’énergie à air humide selon un troisième mode de réalisation préféré de l'invention ;[Fig.7] is a schematic sectional view of a thermochemical storage / release system of moist air energy according to a third preferred embodiment of the invention;
[0038] [fig.8] est un diagramme schématique d’un procédé de stockage d’énergie au moyen d’un système de stockage/libération thermochimique d’énergie à air humide selon l'invention ;[Fig.8] is a schematic diagram of an energy storage process by means of a thermochemical storage / release system of moist air energy according to the invention;
[0039] [fig.9] est un diagramme schématique d’un procédé de libération d’énergie au moyen d’un système de stockage/libération thermochimique d’énergie à air humide selon l'invention.[Fig. 9] is a schematic diagram of an energy release process using a thermochemical wet air energy storage / release system according to the invention.
[0040] Dans l’ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.In all of these figures, identical references may designate identical or similar elements.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉSDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
[0041] La présente invention concerne de manière générale un système de stockage/libération thermochimique d’énergie à air humide, conçu pour fonctionner alternativement dans un mode de stockage d’énergie thermique et dans un mode de libération d’énergie thermique.The present invention relates generally to a thermochemical wet air energy storage / release system, designed to operate alternately in a thermal energy storage mode and in a thermal energy release mode.
[0042] Une application majeure d’un tel système est le stockage de l’énergie solaire quand elle est abondante, dans le but de chauffer ultérieurement un bâtiment, quand l’énergie solaire n’est plus suffisamment disponible.A major application of such a system is the storage of solar energy when it is abundant, with the aim of subsequently heating a building, when solar energy is no longer sufficiently available.
[0043] En référence à la figure 1, un tel système 10 comporte un réacteur thermochimique 12 comprenant une enceinte 14.With reference to FIG. 1, such a system 10 comprises a thermochemical reactor 12 comprising an enclosure 14.
[0044] L’enceinte 14 comporte une entrée d’air 16 pour admettre un flux d’air AF dans l’enceinte 14, et une sortie d’air 18 pour rejeter le flux d’air AF hors de l’enceinte 14.The enclosure 14 has an air inlet 16 for admitting an AF air flow into the enclosure 14, and an air outlet 18 for rejecting the AF air flow out of the enclosure 14.
[0045] L’enceinte 14 est par exemple de forme générale parallélépipédique. L’entrée d’air est par exemple formée au centre d’une paroi supérieure 14A de l’enceinte. La sortie d’air 18 est par exemple formée à l’extrémité inférieure d’une paroi latérale 14B de l’enceinte.The enclosure 14 is for example of generally parallelepiped shape. The air inlet is for example formed in the center of an upper wall 14A of the enclosure. The air outlet 18 is for example formed at the lower end of a side wall 14B of the enclosure.
[0046] Dans le premier mode de réalisation de l’invention illustré sur la figure 1, le réacteur thermochimique 12 comprend, logés dans l’enceinte 14 et dans cet ordre depuis l’entrée d’air 16 de l’enceinte vers la sortie d’air 18 de l’enceinte :In the first embodiment of the invention illustrated in Figure 1, the thermochemical reactor 12 comprises, housed in the enclosure 14 and in this order from the air inlet 16 of the enclosure to the outlet air 18 of the enclosure:
- un premier échangeur thermique 20 configuré pour transférer de l’énergie thermique au flux d’air AF à partir d’un dispositif de captation d’énergie thermique 22 extérieur à l’enceinte 14, dans le mode de stockage d’énergie ;- A first heat exchanger 20 configured to transfer thermal energy to the air flow AF from a thermal energy capture device 22 outside the enclosure 14, in the energy storage mode;
- un lit de matériau réactif 24 apte à être déshydraté de manière endothermique au contact du flux d’air AF pour stocker de l’énergie thermique, dans le mode de stockage d’énergie, et à être hydraté de manière exothermique au contact du flux d’air AF pour libérer l’énergie thermique préalablement stockée, dans le mode de libération d’énergie ; eta bed of reactive material 24 capable of being dehydrated endothermically in contact with the air flow AF for storing thermal energy, in the energy storage mode, and to be hydrated exothermically in contact with the flow AF air to release previously stored thermal energy in the energy release mode; and
- un deuxième échangeur thermique 26 configuré pour transférer de l’énergie thermique depuis le flux d’air AF à un système de diffusion de chaleur 28 extérieur à l’enceinte 14, dans le mode de libération d’énergie.- a second heat exchanger 26 configured to transfer thermal energy from the air flow AF to a heat diffusion system 28 outside the enclosure 14, in the energy release mode.
[0047] Le système 10 étant dans ce cas un système ouvert, l’entrée d’air 16 de l’enceinte et la sortie d’air 18 de l’enceinte communiquent chacune au moins indirectement avec un milieu extérieur O, au moins dans le mode de libération d’énergie, comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit. Le système 10 est ainsi un système ouvert à air humide à pression atmosphérique. Par pression atmosphérique, il faut comprendre ici une pression comprise entre 700 hPa et 1300 hPa.The system 10 being in this case an open system, the air inlet 16 of the enclosure and the air outlet 18 of the enclosure each communicate at least indirectly with an external medium O, at least in the energy release mode, as will appear more clearly in the following. The system 10 is thus an open system with humid air at atmospheric pressure. By atmospheric pressure, it is understood here a pressure between 700 hPa and 1300 hPa.
[0048] Le premier échangeur thermique 20 permet de chauffer le flux d’air AF dans le mode de stockage d’énergie, à partir d’énergie captée par le dispositif de captation d’énergie thermique 22, typiquement de l’énergie solaire comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit, de sorte que le flux d’air AF chauffé transfère ensuite de la chaleur au lit de matériau réactif 24 et permette ainsi la mise en œuvre de la réaction endothermique de déshydratation du matériau réactif.The first heat exchanger 20 makes it possible to heat the air flow AF in the energy storage mode, from energy captured by the thermal energy capture device 22, typically solar energy such as this will appear more clearly in what follows, so that the flow of heated air AF then transfers heat to the bed of reactive material 24 and thus allows the implementation of the endothermic reaction of dehydration of the reactive material.
[0049] Le premier échangeur thermique 20 constitue ainsi, dans la terminologie de la présente description, un exemple de premier dispositif de transfert d’énergie 21 agencé dans l’enceinte 14 et configuré pour fournir de l’énergie thermique au lit de matériau réactif 24 à partir d’énergie fournie par le dispositif de captation d’énergie thermique 22.The first heat exchanger 20 thus constitutes, in the terminology of the present description, an example of first energy transfer device 21 arranged in the enclosure 14 and configured to supply thermal energy to the bed of reactive material 24 from energy supplied by the thermal energy capture device 22.
[0050] Le lit de matériau réactif 24 comprend typiquement un matériau réactif poreux ou dispersé, apte à être traversé par le flux d’air AF.The bed of reactive material 24 typically comprises a porous or dispersed reactive material, capable of being traversed by the air flow AF.
[0051] Le lit de matériau réactif 24 peut, par exemple, être un lit fixe mono-étagé ou multiétagé, un lit continuellement mobile transporté ou agité (vibrant) ou fluidisé (par le flux d’air), ou encore un lit semi mobile fonctionnant par lot (avec remplissage et vidange complète à chaque cycle) ou fonctionnant de manière semi-continue (remplissage et vidange partiels à chaque cycle).The bed of reactive material 24 can, for example, be a fixed single-stage or multi-stage bed, a continuously movable bed transported or agitated (vibrating) or fluidized (by the air flow), or even a semi bed mobile operating in batches (with complete filling and emptying in each cycle) or in semi-continuous operation (partial filling and emptying in each cycle).
[0052] Le deuxième échangeur thermique 26 permet, dans le mode de libération d’énergie, de transférer de l’énergie thermique depuis le flux d’air AF (qui a été préalablement chauffé au contact du lit de matériau réactif 24 alors sujet à la réaction exothermique d’hydratation) à un système de diffusion de chaleur 28, typiquement un réseau de chauffage central comprenant un ou plusieurs radiateur(s) ou plancher(s) chauffant(s). Dans ce cas, le deuxième échangeur thermique 26 est de préférence un échangeur air/ liquide, par exemple un échangeur air/eau. En variante, le deuxième échangeur thermique 26 peut par exemple être un échangeur air/air.The second heat exchanger 26 allows, in the energy release mode, to transfer thermal energy from the air flow AF (which has been previously heated in contact with the bed of reactive material 24 then subject to the exothermic hydration reaction) to a heat diffusion system 28, typically a central heating network comprising one or more radiator (s) or heated floor (s). In this case, the second heat exchanger 26 is preferably an air / liquid exchanger, for example an air / water exchanger. Alternatively, the second heat exchanger 26 may for example be an air / air exchanger.
[0053] Le deuxième échangeur thermique 26 constitue ainsi, dans la terminologie de la présente description, un exemple de deuxième dispositif de transfert d’énergie 27 agencé dans l’enceinte 14 et configuré pour transférer de l’énergie thermique du flux d’air AF au système de diffusion de chaleur 28.The second heat exchanger 26 thus constitutes, in the terminology of the present description, an example of a second energy transfer device 27 arranged in the enclosure 14 and configured to transfer thermal energy from the air flow AF to the heat diffusion system 28.
[0054] Fe système comporte de préférence un ventilateur 29 pour induire une circulation forcée du flux d’air AF dans les deux modes de fonctionnement du système. A cet effet, le ventilateur 29 est avantageusement agencé dans l’entrée d’air 16 de l’enceinte 14.Fe system preferably includes a fan 29 to induce forced circulation of the AF air flow in the two operating modes of the system. To this end, the fan 29 is advantageously arranged in the air inlet 16 of the enclosure 14.
[0055] Fe système comporte en outre de préférence un dispositif de récupération de chaleur 30, comprenant un troisième échangeur thermique 32 agencé entre l’entrée d’air 16 et le lit de matériau réactif 24, préférentiellement entre l’entrée d’air 16 et le premier échangeur thermique 20, ainsi qu’un quatrième échangeur thermique 34 agencé entre la sortie d’air 18 et le lit de matériau réactif 24, préférentiellement entre la sortie d’air 18 et le deuxième échangeur thermique 26. Fe troisième échangeur thermique 32 et le quatrième échangeur thermique 34 sont des échangeurs air/liquide, par exemple des échangeurs air/eau, dont les circuits hydrauliques respectifs sont par exemple reliés entre eux de manière à former un circuit fermé de thermosiphon. En variante, le dispositif de récupération de chaleur 30 peut comporter une pompe pour induire une circulation forcée du liquide au sein du troisième échangeur thermique 32 et du quatrième échangeur thermique 34.Fe system further preferably comprises a heat recovery device 30, comprising a third heat exchanger 32 arranged between the air inlet 16 and the bed of reactive material 24, preferably between the air inlet 16 and the first heat exchanger 20, as well as a fourth heat exchanger 34 arranged between the air outlet 18 and the bed of reactive material 24, preferably between the air outlet 18 and the second heat exchanger 26. Fe third heat exchanger 32 and the fourth heat exchanger 34 are air / liquid exchangers, for example air / water exchangers, the respective hydraulic circuits of which are for example interconnected so as to form a closed thermosyphon circuit. As a variant, the heat recovery device 30 may comprise a pump for inducing a forced circulation of the liquid within the third heat exchanger 32 and the fourth heat exchanger 34.
[0056] Fe dispositif de récupération de chaleur 30 permet de récupérer de la chaleur du flux d’air AF non préalablement transmise au deuxième échangeur thermique 26 (dans le mode de libération d’énergie) ou non préalablement transmise au ht de matériau réactif 24 (dans le mode de stockage d’énergie), puis d’utiliser ladite chaleur pour préchauffer le flux d’air AF admis par l’entrée d’air 16 avant son passage au travers du ht de matériau réactif 24. Un tel préchauffage permet d’améliorer l’efficacité des réactions d’hydratation et de déshydratation opérées au niveau du lit de matériau réactif 24.Fe heat recovery device 30 allows to recover heat from the air flow AF not previously transmitted to the second heat exchanger 26 (in the energy release mode) or not previously transmitted to the ht of reactive material 24 (in the energy storage mode), then use said heat to preheat the air flow AF admitted by the air inlet 16 before it passes through the ht of reactive material 24. Such preheating allows to improve the efficiency of the hydration and dehydration reactions carried out at the level of the bed of reactive material 24.
[0057] Dans le cas où les deuxième, troisième et quatrième échangeurs thermiques 26, 32, 34 sont tous de type air/liquide, ceux-ci présentent avantageusement des sections semblables, correspondant chacune à une section intérieure de l’enceinte 14. Il en est de même en ce qui concerne le premier échangeur thermique 20 dans le cas où ce dernier est également de type air/liquide, comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit.In the case where the second, third and fourth heat exchangers 26, 32, 34 are all of the air / liquid type, these advantageously have similar sections, each corresponding to an interior section of the enclosure 14. It the same applies to the first heat exchanger 20 in the case where the latter is also of the air / liquid type, as will appear more clearly in the following.
[0058] Selon l'invention, le système 10 comprend en outre un dispositif de déshumidification 36 configuré pour fonctionner dans le mode de stockage d’énergie, en abaissant une teneur en vapeur d’eau du flux d’air AF avant passage de ce dernier au travers du lit de matériau réactif 24, et pour être hors service dans le mode de libération d’énergie.According to the invention, the system 10 further comprises a dehumidification device 36 configured to operate in the energy storage mode, by lowering a water vapor content of the air flow AF before passage of this last through the bed of reactive material 24, and to be out of service in the energy release mode.
[0059] Fe dispositif de déshumidification 36 permet un abaissement de la température thermodynamique de déshydratation du réactif solide, en abaissant le degré d’humidité du flux d’air AF avant sa mise en contact avec le ht de matériau réactif 24. Cela est valable aussi bien dans le cadre de réactions de sorption physique que dans le cadre de réactions de sorption chimique.Fe dehumidification device 36 allows a lowering of the thermodynamic dehydration temperature of the solid reagent, by lowering the degree of humidity of the air flow AF before it is brought into contact with the ht of reactive material 24. This is valid both in the context of physical sorption reactions and in the context of chemical sorption reactions.
[0060] Dans le premier mode de réalisation de l’invention, le dispositif de déshumidification 36 est un déshumidificateur d’air 37 séparé de l’enceinte 14 et configuré pour déshumidifier le flux d’air AF avant admission de ce dernier dans l’enceinte 14 par l’entrée d’air 16, dans le mode de stockage d’énergie. Le déshumidificateur d’air 37 permet ainsi d’abaisser le degré d’humidité du flux d’air AF admis dans l’enceinte 14 par l’entrée d’air 16. Par « déshumidificateur d’air », il faut comprendre une unité autonome, typiquement alimentée par de l’énergie électrique, et par exemple du type disponible dans le commerce sous la forme d’unité mobile pour la déshumidification des logements.In the first embodiment of the invention, the dehumidification device 36 is an air dehumidifier 37 separate from the enclosure 14 and configured to dehumidify the air flow AF before admission of the latter into the enclosure 14 by the air inlet 16, in the energy storage mode. The air dehumidifier 37 thus makes it possible to lower the degree of humidity of the air flow AF admitted into the enclosure 14 by the air inlet 16. By “air dehumidifier”, it is necessary to understand a unit autonomous, typically powered by electrical energy, and for example of the type available commercially in the form of a mobile unit for dehumidifying dwellings.
[0061] Le déshumidificateur d’air 37 est par exemple du type mettant en œuvre un cycle frigorifique.The air dehumidifier 37 is for example of the type implementing a refrigeration cycle.
[0062] Le principe thermodynamique de fonctionnement d’un tel déshumidificateur d’air consiste à refroidir l’air pour condenser l’eau qu’il contient au contact d’un échangeurévaporateur, avant de réchauffer cet air au contact d’un échangeur-condenseur et de l’évacuer. L’humidité en sortie est fonction de la température basse atteinte dans le déshumidificateur d’air, et cette température basse est naturellement influencée par la température d’air en entrée.The thermodynamic principle of operation of such an air dehumidifier is to cool the air to condense the water it contains in contact with an exchanger-evaporator, before heating this air in contact with an exchanger- condenser and evacuate it. The outlet humidity is a function of the low temperature reached in the air dehumidifier, and this low temperature is naturally influenced by the inlet air temperature.
[0063] Le déshumidificateur d’air 37 peut notamment, en variante, être du type mettant en œuvre un effet thermoélectrique.The air dehumidifier 37 may in particular, as a variant, be of the type implementing a thermoelectric effect.
[0064] Le fait que le déshumidificateur d’air 37 soit séparé de l’enceinte 14, et soit donc en particulier agencé à l’extérieur de l’enceinte 14, permet une déshumidification de l’air à température modérée, alors même que la déshydratation se fait simultanément à une température plus élevée au sein de l’enceinte 14. La mise en œuvre du déshumidificateur d’air 37 à une température modérée permet en général un fonctionnement optimal de ce type de dispositif, en particulier dans le cas où le déshumidificateur d’air 37 est du type du type mettant en œuvre un cycle frigorifique.The fact that the air dehumidifier 37 is separated from the enclosure 14, and is therefore in particular arranged outside the enclosure 14, allows dehumidification of the air at moderate temperature, even though dehydration takes place simultaneously at a higher temperature within the enclosure 14. The use of the air dehumidifier 37 at a moderate temperature generally allows optimal operation of this type of device, in particular in the case where the air dehumidifier 37 is of the type of the type implementing a refrigeration cycle.
[0065] Dans le premier mode de réalisation préféré de l'invention illustré sur la figure 1, le système 10 comprend en outre un local 38 dans lequel sont logés le réacteur thermochimique 12 et le déshumidificateur d’air 37.In the first preferred embodiment of the invention illustrated in Figure 1, the system 10 further comprises a room 38 in which are housed the thermochemical reactor 12 and the air dehumidifier 37.
[0066] Le local 38 comprend une admission d’air 40 débouchant dans le milieu extérieur O, et permettant ainsi l’admission du flux d’air AF dans le local 38 à partir du milieu extérieur O.The room 38 includes an air intake 40 opening into the outside environment O, and thus allowing the admission of the air flow AF into the room 38 from the outside environment O.
[0067] L’entrée d’air 16 de l’enceinte 14 débouche dans le local 38, de préférence à distance de l’admission d’air 40.The air inlet 16 of the enclosure 14 opens into the room 38, preferably at a distance from the air inlet 40.
[0068] De plus, le déshumidificateur d’air 37 est configuré pour déshumidifier le flux d’air AF provenant de l’admission d’air 40 du local 38 avant admission de ce flux d’air AF dans l’enceinte 14 par l’entrée d’air 16 de l’enceinte, dans le mode de stockage d’énergie.In addition, the air dehumidifier 37 is configured to dehumidify the air flow AF from the air intake 40 of the room 38 before admission of this air flow AF into the enclosure 14 by l 'air inlet 16 of the enclosure, in the energy storage mode.
[0069] A cet effet, le déshumidificateur d’air 37 est globalement interposé entre l’admission d’air 40 du local 38 et l’entrée d’air 16 de l’enceinte 14. Il faut comprendre par-là que, bien que de l’air puisse contourner le déshumidificateur d’air 37 pour aller directement de l’admission d’air 40 du local 38 à l’entrée d’air 16 de l’enceinte, le déshumidificateur d’air 37 comporte en général un ventilateur, ou un moyen analogue, dont le fonctionnement permet de maximiser le passage de l’air dans le déshumidificateur d’air 37 et de minimiser la quantité d’air susceptible d’atteindre l’entrée d’air 16 de l’enceinte sans être passé au travers du déshumidificateur d’air 37.For this purpose, the air dehumidifier 37 is generally interposed between the air intake 40 of the room 38 and the air inlet 16 of the enclosure 14. It should be understood by this that, although that air can bypass the air dehumidifier 37 to go directly from the air inlet 40 of the room 38 to the air inlet 16 of the enclosure, the air dehumidifier 37 generally comprises a fan, or similar means, the operation of which makes it possible to maximize the passage of air in the air dehumidifier 37 and to minimize the amount of air likely to reach the air inlet 16 of the enclosure without have passed through the air dehumidifier 37.
[0070] A cet égard, le déshumidificateur d’air 37 est agencé de préférence à proximité de l’admission d’air 40 du local 38, en étant orienté de sorte qu’une entrée d’air 54 du déshumidificateur d’air 37 soit sensiblement en regard de l’admission d’air 40 du local 38 tandis qu’une sortie d’air 50 du déshumidificateur d’air 37 soit sensiblement orientée vers l’entrée d’air 16 de l’enceinte.In this regard, the air dehumidifier 37 is preferably arranged near the air intake 40 of the room 38, being oriented so that an air inlet 54 of the air dehumidifier 37 or substantially opposite the air intake 40 of the room 38 while an air outlet 50 of the air dehumidifier 37 is substantially oriented towards the air inlet 16 of the enclosure.
[0071] Dans le premier mode de réalisation préféré de l'invention, le déshumidificateur d’air 37 n’est donc pas directement raccordé à l’enceinte 14 du réacteur thermochimique 12.In the first preferred embodiment of the invention, the air dehumidifier 37 is therefore not directly connected to the enclosure 14 of the thermochemical reactor 12.
[0072] Ceci présente les avantages suivants :This has the following advantages:
D’une part, des déshumidificateurs d’air compacts sont disponibles à coût bien plus bas que ne le serait un dispositif spécifique intégré.On the one hand, compact air dehumidifiers are available at a much lower cost than a specific integrated device.
D’autre part, désolidariser le déshumidificateur d’air 37 et l’enceinte 14 permet de simplifier le choix du déshumidificateur d’air 37, et d’éviter les complications découlant d’un raccordement de ces éléments, comme la nécessité d’accorder les débits respectifs des différents dispositifs du système.On the other hand, separating the air dehumidifier 37 and the enclosure 14 simplifies the choice of the air dehumidifier 37, and avoids the complications arising from a connection of these elements, such as the need to grant the respective bit rates of the various devices in the system.
[0073] De plus, le déshumidificateur d’air 37 est plus facile à remplacer en cas de problème, s’il n’est pas raccordé à l’enceinte.In addition, the air dehumidifier 37 is easier to replace in the event of a problem, if it is not connected to the enclosure.
[0074] Enfin, le non raccordement du déshumidificateur d’air 37 à l’enceinte 14 permet que l’air admis dans le déshumidificateur d’air soit de l’air sensiblement à température ambiante, ce qui permet un fonctionnement optimal du déshumidificateur d’air, comme expliqué ci-dessus.Finally, the non-connection of the air dehumidifier 37 to the enclosure 14 allows the air admitted into the air dehumidifier to be air substantially at room temperature, which allows optimal operation of the dehumidifier d air, as explained above.
[0075] Le fonctionnement du déshumidificateur d’air 37 engendre une consommation électrique supplémentaire, qui entraîne en théorie une réduction du coefficient de performance du système. Cependant, dans les cas d’application au stockage d’énergie inter-saisonnier notamment, la puissance électrique correspondante est exclusivement soutirée lorsque le système fonctionne en mode de stockage d’énergie, et donc dans une période où la ressource solaire est en général disponible. L’énergie électrique nécessaire au fonctionnement du déshumidificateur d’air 37 peut donc être facilement produite par un capteur solaire photo voltaïque 41, de sorte qu’il est possible de ne pas tenir compte de cette consommation d’énergie dans les calculs de rendement énergétique du système.The operation of the air dehumidifier 37 generates additional electrical consumption, which in theory leads to a reduction in the coefficient of performance of the system. However, in the cases of application to inter-seasonal energy storage in particular, the corresponding electrical power is exclusively drawn off when the system operates in energy storage mode, and therefore in a period when solar resource is generally available. . The electrical energy necessary for the operation of the air dehumidifier 37 can therefore be easily produced by a photovoltaic solar collector 41, so that it is possible to disregard this energy consumption in the energy efficiency calculations of the system.
[0076] De plus, le déshumidificateur d’air 37 n’étant pas solidaire de l’enceinte 14, il est possible d’adapter les dimensions du déshumidificateur d’air, qui dépendent en général de la puissance de ce dernier, en fonction de la puissance photovoltaïque disponible pour l’alimenter.In addition, the air dehumidifier 37 not being integral with the enclosure 14, it is possible to adapt the dimensions of the air dehumidifier, which generally depend on the power of the latter, depending of the photovoltaic power available to supply it.
[0077] Par ailleurs, le système 10 comprend en outre avantageusement une canalisation d’échappement 42 raccordant directement la sortie d’air 18 de l’enceinte au milieu extérieur O. Ainsi, le flux d’air AF est évacué par la canalisation d’échappement 42 directement dans le milieu extérieur O, ce qui permet de prévenir tout risque de contamination du local 38 par des composés qui seraient accidentellement présents dans le flux d’air AF.Furthermore, the system 10 further advantageously comprises an exhaust pipe 42 directly connecting the air outlet 18 of the enclosure to the external environment O. Thus, the air flow AF is discharged through the pipe d exhaust 42 directly in the external environment O, which makes it possible to prevent any risk of contamination of the premises 38 by compounds which are accidentally present in the air flow AF.
[0078] Dans l’exemple illustré sur la figure 1, le dispositif de captation d’énergie thermique 22, qui est raccordé au premier échangeur thermique 20, est un capteur solaire thermique ou un ensemble de tels capteurs. Il faut comprendre, par capteur solaire thermique, un capteur configuré pour exposer un liquide caloporteur, tel que de l’eau, au rayonnement solaire, afin de chauffer le liquide caloporteur.In the example illustrated in Figure 1, the thermal energy capture device 22, which is connected to the first heat exchanger 20, is a solar thermal collector or a set of such collectors. It is necessary to understand, by solar thermal collector, a collector configured to expose a heat transfer liquid, such as water, to solar radiation, in order to heat the heat transfer liquid.
[0079] Dans ce cas, le premier échangeur thermique 20 est un échangeur air/liquide, par exemple air/eau, qui est donc raccordé par un circuit hydraulique 44 au dispositif de captation d’énergie thermique 22.In this case, the first heat exchanger 20 is an air / liquid exchanger, for example air / water, which is therefore connected by a hydraulic circuit 44 to the thermal energy capture device 22.
[0080] Le fonctionnement du système 10 va maintenant être décrit.The operation of the system 10 will now be described.
[0081] En référence à la figure 8, un procédé de mise en œuvre du système 10 comprend au moins une phase de stockage d’énergie comprenant au moins des étapes de :With reference to FIG. 8, a method of implementing the system 10 comprises at least one energy storage phase comprising at least steps of:
A) abaissement de la teneur en vapeur d’eau du flux d’air AF au moyen du dispositif de déshumidification 36 ; puisA) lowering the water vapor content of the air flow AF by means of the dehumidification device 36; then
C) apport d’énergie thermique au lit de matériau réactif 24 à partir d’énergie fournie par le dispositif de captation d’énergie thermique 22 au moyen du premier dispositif de transfert d’énergie 20, et passage du flux d’air AF au travers du lit de matériau réactif 24, de sorte que s’opère une réaction endothermique réversible de déshydratation du matériau réactif, aboutissant à un enrichissement du flux d’air AF en vapeur d’eau. [0082] Plus précisément, dans le premier mode de réalisation de l’invention décrit ci-dessus, le procédé comporte en outre une étape B d’admission du flux d’air AF dans l’enceinte 14 du réacteur thermochimique par l’entrée d’air 16 de l’enceinte, mise en œuvre après l’étape A et avant l’étape C.C) supply of thermal energy to the bed of reactive material 24 from energy supplied by the thermal energy capture device 22 by means of the first energy transfer device 20, and passage of the air flow AF to the through the bed of reactive material 24, so that a reversible endothermic reaction of dehydration of the reactive material takes place, resulting in an enrichment of the air flow AF in water vapor. More specifically, in the first embodiment of the invention described above, the method further comprises a step B of admission of the air flow AF into the enclosure 14 of the thermochemical reactor through the inlet air 16 of the enclosure, implemented after step A and before step C.
[0083] De plus, l’étape C est mise en œuvre moyennant un transfert de chaleur au flux d’air AF à partir du dispositif de captation d’énergie thermique 22 au moyen du premier échangeur thermique 20, puis un transfert de chaleur du flux d’air AF au lit de matériau réactif 24 lors du passage du flux d’air AF au travers du lit de matériau réactifIn addition, step C is implemented by means of a heat transfer to the air flow AF from the thermal energy capture device 22 by means of the first heat exchanger 20, then a heat transfer from the AF air flow to the bed of reactive material 24 when the AF air flow passes through the bed of reactive material
24.24.
[0084] Enfin, le procédé comporte dans ce cas une étape D de rejet du flux d’air AF hors de renceinte 14 du réacteur thermochimique par la sortie d’air 18 de l’enceinte.Finally, the method in this case comprises a step D of rejection of the air flow AF outside the enclosure 14 of the thermochemical reactor by the air outlet 18 from the enclosure.
[0085] Par ailleurs, dans le premier mode de réalisation de l’invention, le flux d’air AF est admis dans l’entrée d’air 54 du déshumidificateur d’air 37 directement à partir du local 38, et le flux d’air AF est rejeté par la sortie d’air 50 du déshumidificateur d’air 37 directement dans le local 38, au cours de l’étape A. En outre, le flux d’air AF est admis dans l’enceinte 14 du réacteur thermochimique directement à partir du local 38, au cours de l’étape B. Enfin, le flux d’air AF est rejeté hors de l’enceinte 14 du réacteur thermochimique directement dans le milieu extérieur O, au cours de l’étape D, par la canalisation d’échappement 42.Furthermore, in the first embodiment of the invention, the air flow AF is admitted into the air inlet 54 of the air dehumidifier 37 directly from the room 38, and the flow d AF air is rejected by the air outlet 50 of the air dehumidifier 37 directly in the room 38, during step A. In addition, the air flow AF is admitted into the enclosure 14 of the reactor thermochemical directly from the room 38, during step B. Finally, the air flow AF is discharged from the enclosure 14 of the thermochemical reactor directly into the external medium O, during step D, by the exhaust pipe 42.
[0086] Dans le cas où le système 10 comporte le dispositif de récupération de chaleur 30, le flux d’air AF est en outre préchauffé lors de son passage au travers du troisième échangeur thermique 32, entre l’étape B et l’étape C, et le flux d’air AF transfère de la chaleur au dispositif de récupération de chaleur 30 lors de son passage au travers du quatrième échangeur thermique 34, entre l’étape C et l’étape D.In the case where the system 10 includes the heat recovery device 30, the air flow AF is also preheated during its passage through the third heat exchanger 32, between step B and step C, and the air flow AF transfers heat to the heat recovery device 30 during its passage through the fourth heat exchanger 34, between step C and step D.
[0087] En référence à la figure 9, le procédé de mise en œuvre du système 10 comprend en outre une phase de libération d’énergie comprenant au moins des étapes de :Referring to FIG. 9, the method for implementing the system 10 further comprises an energy release phase comprising at least steps of:
E) admission du flux d’air AF dans l’enceinte 14 du réacteur thermochimique par l’entrée d’air 16 de l’enceinte ; puisE) admission of the air flow AF into the enclosure 14 of the thermochemical reactor through the air inlet 16 of the enclosure; then
F) passage du flux d’air AF au travers du lit de matériau réactif 24, dans lequel s’opère une réaction exothermique réversible d’hydratation du matériau réactif à partir de vapeur d’eau contenue dans le flux d’air AF, et transfert de chaleur au flux d’air à partir du lit de matériau réactif 24 ; puisF) passage of the air flow AF through the bed of reactive material 24, in which a reversible exothermic reaction of hydration of the reactive material takes place from water vapor contained in the air flow AF, and transfer of heat to the air flow from the bed of reactive material 24; then
G) transfert de chaleur du flux d’air AF au système de diffusion de chaleur 28 par passage du flux d’air AF au travers du deuxième échangeur thermique 26 ; puisG) heat transfer from the AF air flow to the heat diffusion system 28 by passage of the AF air flow through the second heat exchanger 26; then
H) rejet du flux d’air AF hors de l’enceinte 14 du réacteur thermochimique par la sortie d’air 18 de l’enceinte.H) rejection of the air flow AF outside of the enclosure 14 of the thermochemical reactor by the air outlet 18 of the enclosure.
[0088] Dans le cas où le système 10 comporte le dispositif de récupération de chaleur 30, le flux d’air AF est en outre préchauffé lors de son passage au travers du troisième échangeur thermique 32, entre l’étape E et l’étape F, et le flux d’air AF transfère de la chaleur au dispositif de récupération de chaleur 30 lors de son passage au travers du quatrième échangeur thermique 34, entre l’étape G et l’étape H.In the case where the system 10 includes the heat recovery device 30, the air flow AF is also preheated during its passage through the third heat exchanger 32, between step E and step F, and the air flow AF transfers heat to the heat recovery device 30 during its passage through the fourth heat exchanger 34, between step G and step H.
[0089] Dans une variante du système 10 illustrée sur la figure 2, le dispositif de captation d’énergie thermique 22, qui est raccordé au premier dispositif de transfert d’énergie 21, est un capteur solaire photovoltaïque ou un ensemble de tels capteurs.In a variant of the system 10 illustrated in FIG. 2, the thermal energy capture device 22, which is connected to the first energy transfer device 21, is a photovoltaic solar collector or a set of such sensors.
[0090] Dans ce cas, le premier dispositif de transfert d’énergie 21 est un dispositif de chauffage par effet joule alimenté électriquement par un circuit électrique 46 raccordé au dispositif de captation d’énergie thermique 22, pour produire de la chaleur par effet joule.In this case, the first energy transfer device 21 is a Joule effect heating device electrically supplied by an electric circuit 46 connected to the thermal energy capture device 22, to produce Joule effect heat. .
[0091] Ce dispositif de chauffage par effet joule comporte par exemple une résistance électrique chauffante 45 agencée entre l’entrée d’air 16 et le lit de matériau réactif 24, et conformée en échangeur thermique pour pouvoir être traversée par le flux d’air AF et pouvoir ainsi transférer de la chaleur à ce dernier.This joule effect heating device comprises for example an electric heating resistor 45 arranged between the air inlet 16 and the bed of reactive material 24, and shaped as a heat exchanger so as to be able to be traversed by the air flow AF and thus be able to transfer heat to the latter.
[0092] Pour faciliter la régulation du système, la résistance électrique chauffante 45 peut avantageusement être de type « à coefficient positif », permettant ainsi de limiter la puissance de chauffe lorsque sa température augmente.To facilitate the regulation of the system, the electric heating resistor 45 can advantageously be of the “positive coefficient” type, thus making it possible to limit the heating power when its temperature increases.
[0093] En variante, dans le système 10 illustré par la figure 3, le dispositif de chauffage par effet joule comporte une ou plusieurs résistances électriques chauffantes 47 agencées directement au sein du ht de matériau réactif 24.As a variant, in the system 10 illustrated in FIG. 3, the joule effect heating device comprises one or more electric heating resistors 47 arranged directly within the ht of reactive material 24.
[0094] Dans le cas où le ht de matériau réactif 24 comporte plusieurs étages, le dispositif de chauffage par effet joule comporte au moins une résistance électrique chauffante par étage, dans une partie supérieure de chaque étage.In the case where the reactive material ht has several stages, the joule effect heating device comprises at least one electric heating resistance per stage, in an upper part of each stage.
[0095] De préférence, le dispositif de chauffage par effet joule comporte, le cas échéant pour chaque étage du lit de matériau réactif 24, une pluralité de résistances électriques chauffantes réparties dans un même plan de section du lit de matériau réactif 24, comme le montre la figure 3.Preferably, the joule effect heating device comprises, where appropriate for each stage of the bed of reactive material 24, a plurality of electric heating resistors distributed in the same plane of section of the bed of reactive material 24, as the shows figure 3.
[0096] Les résistances électriques chauffantes ont une hauteur inférieure à une hauteur du lit de matériau réactif 24, ou le cas échéant, à une hauteur de chaque étage du lit de matériau réactif 24. De plus, les résistances électriques chauffantes sont placées en partie haute du lit de matériau réactif 24, ou le cas échéant, en partie haute de chaque étage du lit de matériau réactif 24.The electric heating resistors have a height less than a height of the bed of reactive material 24, or if necessary, at a height of each stage of the bed of reactive material 24. In addition, the electric heating resistors are placed in part high of the bed of reactive material 24, or where appropriate, in the upper part of each stage of the bed of reactive material 24.
[0097] La déshydratation se fait ainsi de haut en bas du ht de matériau réactif 24, du fait de la convection forcée permise par l’écoulement permanent du flux d’air AF induit par le fonctionnement du ventilateur 29, dans le mode de stockage d’énergie.Dehydration is thus done from top to bottom of the ht of reactive material 24, due to the forced convection allowed by the permanent flow of the air flow AF induced by the operation of the fan 29, in the storage mode. of energy.
[0098] Dans un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention illustré sur la figure 4, le système 10 comprend :In a second preferred embodiment of the invention illustrated in FIG. 4, the system 10 comprises:
- une première canalisation 48 raccordant une sortie d’air 50 du déshumidificateur d’air 37 à l’entrée d’air 16 de renceinte 14 du réacteur thermochimique 12,a first pipe 48 connecting an air outlet 50 of the air dehumidifier 37 to the air inlet 16 of the enclosure 14 of the thermochemical reactor 12,
- une deuxième canalisation 52 raccordant la sortie d’air 18 de renceinte 14 à une entrée d’air 54 du déshumidificateur d’air 37,a second pipe 52 connecting the air outlet 18 of the enclosure 14 to an air inlet 54 of the air dehumidifier 37,
- une troisième canalisation 56 qui raccorde l’entrée d’air 16 de l’enceinte 14 au milieu extérieur O,a third pipe 56 which connects the air inlet 16 of the enclosure 14 to the outside environment O,
- une quatrième canalisation 58 qui raccorde la sortie d’air 18 de renceinte 14 au milieu extérieur O, eta fourth pipe 58 which connects the air outlet 18 of the enclosure 14 to the external medium O, and
- un dispositif de commutation aéraulique 60 configuré pour autoriser une circulation d’air dans les première et deuxième canalisations 48, 52 et empêcher une circulation d’air dans les troisième et quatrième canalisations 56, 58 dans le mode de stockage d’énergie, et configuré pour autoriser une circulation d’air dans les troisième et quatrième canalisations 56, 58 et empêcher une circulation d’air dans les première et deuxième canalisations 48, 52 dans le mode de libération d’énergie.an aeraulic switching device 60 configured to allow air circulation in the first and second lines 48, 52 and prevent air circulation in the third and fourth lines 56, 58 in the energy storage mode, and configured to allow air flow through the third and fourth lines 56, 58 and prevent air flow through the first and second lines 48, 52 in the energy release mode.
[0099] Dans le mode de libération d’énergie, l’entrée d’air 16 de l’enceinte et la sortie d’air 18 de l’enceinte communiquent ainsi chacune avec le milieu extérieur O tandis que dans le mode de stockage d’énergie, le réacteur thermochimique 12 et le déshumidificateur d’air 37 sont raccordés l’un à l’autre en boucle fermée.In the energy release mode, the air inlet 16 of the enclosure and the air outlet 18 of the enclosure thus communicate with the external medium O while in the storage mode d energy, the thermochemical reactor 12 and the air dehumidifier 37 are connected to each other in a closed loop.
[0100] Le dispositif de commutation aéraulique 60 comporte par exemple :The aeraulic switching device 60 comprises for example:
- un premier registre aéraulique 62 agencé dans la première canalisation 48 ou dans la deuxième canalisation 52,a first air register 62 arranged in the first pipe 48 or in the second pipe 52,
- un deuxième registre aéraulique 64 agencé dans la troisième canalisation 56, eta second aeraulic register 64 arranged in the third pipe 56, and
- un troisième registre aéraulique 66 agencé dans la quatrième canalisation 58.a third aeraulic register 66 arranged in the fourth pipe 58.
[0101] Ainsi, dans le mode de stockage d’énergie, le premier registre aéraulique 62 est maintenu ouvert tandis que les deuxième et troisième registres aérauliques 64, 66 sont maintenus fermés, de sorte que le flux d’air AF circule en boucle dans un circuit fermé composé de la première canalisation 48, la deuxième canalisation 52, le déshumidificateur d’air 37 et l’enceinte 14 du réacteur thermochimique 12, comme illustré sur la figure 4.Thus, in the energy storage mode, the first air register 62 is kept open while the second and third air registers 64, 66 are kept closed, so that the air flow AF circulates in a loop in a closed circuit composed of the first pipe 48, the second pipe 52, the air dehumidifier 37 and the enclosure 14 of the thermochemical reactor 12, as illustrated in FIG. 4.
[0102] De cette manière, le flux d’air AF passe par le déshumidificateur d’air 37 après chaque passage du flux d’air AF dans le réacteur thermochimique 12.In this way, the AF air flow passes through the air dehumidifier 37 after each passage of the AF air flow in the thermochemical reactor 12.
[0103] Dans le mode de libération d’énergie, le premier registre aéraulique 62 est maintenu fermé tandis que les deuxième et troisième registres aérauliques 64, 66 sont maintenus ouverts, de sorte que le flux d’air AF est admis depuis le milieu extérieur O par la troisième canalisation 56, circule ensuite dans l’enceinte 14, puis est évacué dans le milieu extérieur O par la quatrième canalisation 58, comme le montre la figure 5.In the energy release mode, the first aeraulic register 62 is kept closed while the second and third aeraulic registers 64, 66 are kept open, so that the air flow AF is admitted from the outside environment O by the third pipe 56, then circulates in the enclosure 14, then is discharged into the external environment O by the fourth pipe 58, as shown in FIG. 5.
[0104] Fe système 10 selon le deuxième mode de réalisation préféré de l'invention présente l’avantage d’éviter la circulation d’air à partir du, et vers, le milieu extérieur O dans le mode de stockage d’énergie. Une telle circulation d’air peut en effet être ressentie comme un désagrément pour les espaces extérieurs, qui sont surtout utilisés en période de stockage d’énergie, lorsque la ressource solaire est présente.Fe system 10 according to the second preferred embodiment of the invention has the advantage of avoiding the circulation of air from, and towards, the external medium O in the energy storage mode. Such air circulation can indeed be felt as an inconvenience for outdoor spaces, which are mainly used during energy storage, when the solar resource is present.
[0105] Dans l’exemple illustré sur les figures 4 et 5, le dispositif de captation d’énergie thermique 22, qui est raccordé au premier échangeur thermique 20, est un capteur solaire thermique ou un ensemble de tels capteurs, comme dans le système de la figure 1.In the example illustrated in Figures 4 and 5, the thermal energy capture device 22, which is connected to the first heat exchanger 20, is a solar thermal collector or a set of such collectors, as in the system of figure 1.
[0106] De plus, dans cet exemple, l’entrée d’air 16 est formée à l’extrémité supérieure de la paroi latérale 14B de l’enceinte.In addition, in this example, the air inlet 16 is formed at the upper end of the side wall 14B of the enclosure.
[0107] La figure 6 illustre une variante du système des figures 4 et 5, dans laquelle le dispositif de captation d’énergie thermique 22, qui est raccordé au premier dispositif de transfert d’énergie 21, est un capteur solaire photo voltaïque ou un ensemble de tels capteurs, comme dans le système de la figure 2.FIG. 6 illustrates a variant of the system of FIGS. 4 and 5, in which the thermal energy capture device 22, which is connected to the first energy transfer device 21, is a photovoltaic solar collector or a set of such sensors, as in the system of FIG. 2.
[0108] Dans un troisième mode de réalisation préféré de l'invention illustré sur la figure 7, le système 10 comprend une canalisation de retour 70 raccordant la sortie d’air 18 de l’enceinte 14 du réacteur thermochimique 12 à l’entrée d’air 16 de l’enceinte 14. Le système 10 comprend en outre une canalisation d’entrée 72 qui raccorde l’entrée d’air 16 de l’enceinte 14 au milieu extérieur O, et une canalisation de sortie 74 qui raccorde la sortie d’air 18 de l’enceinte 14 au milieu extérieur O. Le système 10 comprend en outre un dispositif de commutation aéraulique 76 configuré pour autoriser une circulation d’air en boucle dans l’enceinte 14 et la canalisation de retour 70 et empêcher une circulation d’air dans la canalisation d’entrée 72 et la canalisation de sortie 74 dans le mode de stockage d’énergie, et configuré pour autoriser une circulation d’air dans la canalisation d’entrée 72 et la canalisation de sortie 74 et empêcher une circulation d’air dans la canalisation de retour 70 dans le mode de libération d’énergie.In a third preferred embodiment of the invention illustrated in FIG. 7, the system 10 comprises a return pipe 70 connecting the air outlet 18 of the enclosure 14 of the thermochemical reactor 12 to the inlet d air 16 of the enclosure 14. The system 10 further comprises an inlet pipe 72 which connects the air inlet 16 of the enclosure 14 to the external environment O, and an outlet pipe 74 which connects the outlet of air 18 from enclosure 14 to the external environment O. The system 10 further comprises an aeraulic switching device 76 configured to allow a circulation of air in a loop in enclosure 14 and the return pipe 70 and prevent air flow through the inlet line 72 and the outlet line 74 in the energy storage mode, and configured to allow air flow through the inlet line 72 and the outlet line 74 and prevent air circulation in return line 70 in the energy release mode.
[0109] Le dispositif de commutation aéraulique 76 est par exemple semblable au dispositif de commutation aéraulique 60 décrit ci-dessus.The aeraulic switching device 76 is for example similar to the aeraulic switching device 60 described above.
[0110] Le système 10 comprend en outre, raccordés en série de manière à mettre en œuvre un cycle frigorifique : un compresseur 80 alimenté en énergie électrique par le dispositif de captation d’énergie thermique 22 ; un échangeur-condenseur 82 agencé dans l’enceinte 14 du réacteur thermochimique 12 entre l’entrée d’air 16 de l’enceinte et le lit de matériau réactif 24, et constituant le premier dispositif de transfert d’énergie 21 précité ; un échangeur-évaporateur 84 agencé dans l’enceinte 14 entre le deuxième dispositif de transfert d’énergie 27 et la sortie d’air 18 de l’enceinte, et constituant le dispositif de déshumidification 36 précité ; et un détendeur 86.The system 10 further comprises, connected in series so as to implement a refrigeration cycle: a compressor 80 supplied with electrical energy by the thermal energy capture device 22; an exchanger-condenser 82 arranged in the enclosure 14 of the thermochemical reactor 12 between the air inlet 16 of the enclosure and the bed of reactive material 24, and constituting the aforementioned first energy transfer device 21; an exchanger-evaporator 84 arranged in the enclosure 14 between the second energy transfer device 27 and the air outlet 18 of the enclosure, and constituting the aforementioned dehumidification device 36; and a regulator 86.
[0111] Autrement dit, le système 10 comporte un dispositif à cycle frigorifique comprenant les éléments 80 à 86 et un fluide frigorigène apte à circuler en boucle dans les éléments 80 à 86 pour la mise en œuvre d’un cycle frigorifique.In other words, the system 10 comprises a refrigeration cycle device comprising the elements 80 to 86 and a refrigerant capable of circulating in a loop in the elements 80 to 86 for the implementation of a refrigeration cycle.
[0112] Dans un tel dispositif, le compresseur 80 comprime le fluide frigorigène en provoquant ainsi un échauffement du fluide frigorigène, l’échangeur-condenseur 82 permet que le fluide frigorigène se condense et cède de l'énergie thermique au milieu environnant, le détendeur 86 permet d'abaisser le point d'ébullition du fluide frigorigène, et l’échangeur-évaporateur 84 permet que le fluide frigorigène s'évapore en prenant de l'énergie thermique au milieu environnant. Après être passé dans l’échangeur-évaporateur 84, le fluide frigorigène revient au compresseur 80 et le cycle frigorifique recommence.In such a device, the compressor 80 compresses the refrigerant, thereby causing the refrigerant to heat up, the exchanger-condenser 82 allows the refrigerant to condense and transfer thermal energy to the surrounding medium, the expansion valve 86 makes it possible to lower the boiling point of the refrigerant, and the exchanger-evaporator 84 allows the refrigerant to evaporate by taking thermal energy from the surrounding medium. After passing through the exchanger-evaporator 84, the refrigerant returns to the compressor 80 and the refrigeration cycle begins again.
[0113] En l’espèce, le milieu environnant, avec lequel le dispositif à cycle frigorifique échange de l’énergie thermique, est le flux d’air AF.In this case, the surrounding environment, with which the refrigeration cycle device exchanges thermal energy, is the air flow AF.
[0114] En particulier, l’abaissement de température du flux d’air AF au contact de l’échangeur-évaporateur 84 provoque la condensation d’une partie au moins de la vapeur d’eau contenue dans le flux d’air AF, et permet ainsi l’abaissement de la teneur en vapeur d’eau du flux d’air AF avant que celui-ci ne retourne à l’entrée d’air 16 de l’enceinte 14 par la canalisation de retour 70.In particular, the lowering of the temperature of the air flow AF in contact with the exchanger-evaporator 84 causes the condensation of at least part of the water vapor contained in the air flow AF, and thus allows the water vapor content of the air flow AF to be lowered before the latter returns to the air inlet 16 of the enclosure 14 via the return pipe 70.
[0115] De plus, Γéchangeur-condenseur 82 permet de transférer de l’énergie thermique au flux d’air AF à partir d’énergie fournie par le compresseur 80, et donc indirectement à partir d’énergie fournie par le dispositif de captation d’énergie thermique 22.In addition, hang exchanger-condenser 82 makes it possible to transfer thermal energy to the air flow AF from energy supplied by the compressor 80, and therefore indirectly from energy supplied by the capture device d thermal energy 22.
F’échangeur-condenseur 82 correspond ainsi effectivement à la définition donnée cidessus en ce qui concerne le premier dispositif de transfert d’énergie 21.The exchanger-condenser 82 thus effectively corresponds to the definition given above with regard to the first energy transfer device 21.
[0116] Fe système 10 comprend en outre un dispositif d’évacuation d’eau 90 configuré pour permettre que de l’eau liquide, obtenue par condensation de vapeur d’eau du flux d’air AF au contact de l’échangeur-évaporateur 84, quitte l’enceinte 14, de manière étanche à l’égard du flux d’air AF.Fe system 10 further comprises a water discharge device 90 configured to allow that liquid water, obtained by condensation of water vapor from the air flow AF in contact with the exchanger-evaporator 84, leaves the enclosure 14, in a sealed manner with respect to the air flow AF.
[0117] Fe dispositif d’évacuation d’eau 90 comprend par exemple un simple drain 92, raccordé à un siphon 94 pour éviter que de l’air ne pénètre dans l’enceinte 14 par le drain 92. Fe drain 92 est avantageusement agencé à une extrémité inférieure de l’enceinte 14 lorsque le réacteur thermochimique 12 est dans une position de fonctionnement. A cet effet, le drain 92 est par exemple agencé au centre d’une paroi inférieure 14C de l’enceinte 14, laquelle paroi inférieure 14C est de préférence de forme concave, tronconique ou analogue.Fe water evacuation device 90 comprises for example a simple drain 92, connected to a siphon 94 to prevent air from entering the enclosure 14 through the drain 92. Fe drain 92 is advantageously arranged at a lower end of the enclosure 14 when the thermochemical reactor 12 is in an operating position. For this purpose, the drain 92 is for example arranged in the center of a lower wall 14C of the enclosure 14, which lower wall 14C is preferably of concave, frustoconical or similar shape.
[0118] Fe compresseur 80 et le détendeur 86 sont avantageusement agencés à l’extérieur de l’enceinte 14, en étant par exemple fixés sur la paroi latérale 14B de l’enceinte 14.Fe compressor 80 and the regulator 86 are advantageously arranged outside the enclosure 14, for example being fixed on the side wall 14B of the enclosure 14.
[0119] Dans le cas où le système 10 comporte le dispositif de récupération de chaleur 30, Γ échangeur-condenseur 82 est de préférence agencé entre le troisième échangeur thermique 32 et le lit de matériau réactif 24. De plus, l’échangeur-évaporateur 84 est agencé entre le quatrième échangeur thermique 34 et la sortie d’air 18 de l’enceinte 14.In the case where the system 10 includes the heat recovery device 30, Γ exchanger-condenser 82 is preferably arranged between the third heat exchanger 32 and the bed of reactive material 24. In addition, the exchanger-evaporator 84 is arranged between the fourth heat exchanger 34 and the air outlet 18 of the enclosure 14.
[0120] Dans ce cas, le flux d’air AF sortant du lit de matériau réactif 24 est refroidit en deux étapes, d’abord à travers le quatrième échangeur thermique 34 du dispositif de récupération de chaleur 30, puis à travers l’échangeur-évaporateur 84 du dispositif à cycle frigorifique. Ceci permet de condenser l’eau contenue dans le flux d’air AF de manière particulièrement efficace, en produisant ainsi un air à faible humidité absolue. Ensuite, cet air sec est réchauffé en deux étapes également, d’abord à travers le troisième échangeur thermique 32 du dispositif de récupération de chaleur 30, puis à travers Γéchangeur-condenseur 82 du dispositif à cycle frigorifique.In this case, the air flow AF leaving the bed of reactive material 24 is cooled in two stages, first through the fourth heat exchanger 34 of the heat recovery device 30, then through the exchanger -evaporator 84 of the refrigerating cycle device. This makes it possible to condense the water contained in the AF air flow in a particularly efficient way, thereby producing air with low absolute humidity. Then, this dry air is also heated in two stages, first through the third heat exchanger 32 of the heat recovery device 30, then through the condenser-exchanger 82 of the refrigeration cycle device.
[0121] F’avantage de cette configuration réside notamment dans la compacité du système 10 permise par l’intégration de Γéchangeur-condenseur 82 et de l’échangeur-évaporateur dans l’enceinte 14 du réacteur thermochimique, alliée à une maximisation de la surface d’échange thermique de ces deux éléments, par comparaison avec un déshumidificateur d’air autonome.The advantage of this configuration lies in particular in the compactness of the system 10 made possible by the integration of the exchanger-condenser 82 and of the exchanger-evaporator in the enclosure 14 of the thermochemical reactor, combined with maximization of the surface. heat exchange of these two elements, by comparison with an autonomous air dehumidifier.
[0122] La déshydratation du matériau réactif est rendue possible par le fait que l’échangeur-condenseur d’un dispositif à cycle frigorifique présente une puissance thermique supérieure à celle de l’échangeur-évaporateur du même dispositif, la différence étant de l’ordre de la puissance électrique fournie au compresseur. Cette différence permet de compenser l’enthalpie de réaction du matériau réactif, et donc de réaliser une déshydratation continue.The dehydration of the reactive material is made possible by the fact that the exchanger-condenser of a refrigerating cycle device has a higher thermal power than that of the exchanger-evaporator of the same device, the difference being order of the electric power supplied to the compressor. This difference makes it possible to compensate for the reaction enthalpy of the reactive material, and therefore to achieve continuous dehydration.
[0123] La puissance électrique absorbée par le compresseur 80 dans cette configuration est supérieure à celle consommée par le déshumidificateur d’air 37 des figures 1 à 6. En effet, l’échangeur-condenseur 82 fonctionne à plus haute température que dans un tel déshumidificateur d’air, alors que la température de l’échangeur-évaporateur 84 est sensiblement la même que dans un tel déshumidificateur d’air. Le coefficient de performance du cycle frigorifique est donc dégradé, ce qui entraîne une augmentation de la consommation électrique, à puissance frigorifique semblable. Toutefois, l’augmentation de cette puissance électrique se retrouve sous forme de surplus de chaleur au niveau de l’échangeur-condenseur 82, ce surplus de chaleur étant mis à profit pour compenser la chaleur de la réaction de déshydratation en circuit fermé. Il en résulte un système de déshydratation particulièrement efficace au regard de l’apport de puissance électrique.The electrical power absorbed by the compressor 80 in this configuration is greater than that consumed by the air dehumidifier 37 of Figures 1 to 6. Indeed, the exchanger-condenser 82 operates at higher temperature than in such a air dehumidifier, while the temperature of the exchanger-evaporator 84 is substantially the same as in such an air dehumidifier. The coefficient of performance of the refrigeration cycle is therefore degraded, which leads to an increase in electrical consumption, with similar refrigerating capacity. However, the increase in this electrical power is found in the form of excess heat at the exchanger-condenser 82, this excess heat being used to compensate for the heat of the dehydration reaction in a closed circuit. This results in a particularly efficient dehydration system with regard to the supply of electrical power.
[0124] Dans l’ensemble des exemples décrits ci-dessus, l’eau n’est pas stockée sous forme liquide en phase de stockage d’énergie. Toutefois, en variante, un système selon l'invention peut être configuré pour stocker l’eau sous forme liquide en phase de stockage d’énergie, et comprendre un dispositif d’humidification configuré pour injecter l’eau, préalablement stockée, sous forme de vapeur dans le flux d’air AF à pression atmosphérique, en phase de libération d’énergie.In all of the examples described above, the water is not stored in liquid form in the energy storage phase. However, as a variant, a system according to the invention can be configured to store water in liquid form in the energy storage phase, and comprise a humidification device configured to inject the water, previously stored, in the form of vapor in the air flow AF at atmospheric pressure, in the energy release phase.
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2018
- 2018-12-31 FR FR1874412A patent/FR3091341B1/en active Active
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