Brevet FR2365093A1 — publié le 19780414

La présente invention est relative à un dispositif échangeur-accumulateur d'énergie calorifique se présentant sous une forme compacte. A l'heure actuelle de nombreux laboratoires et sociétés, tant en France qu'à l'étranger, s'interessent au problème du stockage de l'énergie, notamment de l'énergie obtenue dans les dispositifs assurant le captage de l'énergie solaire. On a donc été amené à etudier et réaliser des accumulateurs de chaleur qui assurent un stockage de l'énergie en milieu salin, en général des sels hydrates tels que du sulfate disodique par exemple, utilisant la chaleur latente de fusion de ces sels. Ce type d'accumulateurs de chaleur nécessite a) une enveloppe contenant le sel avec ses additifs, qui constitue le secondaire de l'accumulateur, utilise pour stocker l'énergie calorifique; b) un échangeur de chaleur entre ce secondaire et un primaire constitué par un fluide caloporteur qui introduit ou extrait les calories de cet accumulateur.Ce primaire stocke ou de stocke l'énergie par l'intermédiaire dir fluide caloporteur dynamique qui peut être de l'eau, l'état de charge ou de décharge de cet accumulateur étant défini par le sens de l'encart de température entre son primaire et son secondaire On réalise ainsi un rechange conductif et convertif du C6té primaire et un échange purement conductif du côté secondaire Pour eviter les problèmes de givrage d'échangeur et de manipulation d'un milieu diphasique, il est apparu intéressant de concevoir et realiser un échangeur plonge dans le milieu salin purement statique et parcouru par le fluide caloporteur. Les faibles écarts de température primaire-secondaire, la gamme des temperatres d'utilisation, la nature des échanges primaire-secondaire, la nécessite de drainer thermiquement l'ensemble du volume occupe par le milieu salin et le mauvais coefficient d'echange côté sel (échange seulement conductif, comme indique ci-dessus), imposent la réalisation d'un échangeur possédant de grandes surfaces d'échange En outre un tel échangeur doit résister à l1agressivite des sels et pouvoir absorber les variations de volume quand le sel passe de la phase liquide à la phase solides tout en occupant le minimum de place a l'interieur de l'en- veloppe contenant le milieu salin, et ayant un prix de revient reduit En général, le débit du fluide caloporteur est faible par rapport au volume de l'accumulateur en raison de la faible.valeur du rapport puissance instantanée de l'échangeur/énergie stockée, qui est de l'ordre de l,gl0 à 1/100. Pour résoudre les problèmes technico-économiques posés par l'échange de chaleur entre un milieu statique (secondaire) et un fluide caloporteur {primaire) invention apporte un dispositif échangeur-accumulateur d'énergie calorifique utilisant la chaleur latente de fusion d'un milieu salin et comportant une enveloppe, qui contient le milieu salin purement statique, et un échangeur de chaleur plongé dans le milieu salin constituant le secondaire de cet échangeur et parcouru par un fluide caloporteur, constituant le primaire de 1 'échangeur, qui introduit ou extrait les calories de 1 'accumulateur, ce dispositif étant caractérisié en ce que le primaire de cet échangeur est constitué de deux plaques continues entre lesquelles passe le fluide caloporteur, le rapport longueurjlargeur de ces deux plaques étant très élevé et de prkférence supérieur à 100. Selon une caractéristique de cette invention, llenveloppe contenant le milieu salin est est de forme parallélépipe-dique et les deux plaques constituant le primaire de l'echangeur constituent un faisceau en accordéon. Selon une autre caractéristique de cette invention, l'enveloppe contenant le milieu salin est de forme cylindrique et les deux plaque s constituant le primaire de lléchangeur sont assembles sous la forme d'une spirale. Dans les deux cas les deux plaques composant le primaire seront avan tageusement constituées de deux feuilles de matière plastique ou de métal, traité ou non en surface selon le niveau de température de fonctionnement du dispositif et de l'agressivité des sels utilisés L'écartement entre lesdites feuilles, de l'ordre de quelques millimètres, est réalisé de manière classique à l'aide de moyens, tels que des picots ou des bandes parallèles, répartis sur l'une des feuilles. Dans ans le cas où, selon llinvention, l'échangeur est réalisé en matière plastique, les deux feuilles de matière plastique constituant le primaire (en forme d'accordeon ou de spirale) sont conformées par thermoformage, l'étan- chéité du circuit de fluide caloporteur étant réalisée par thermocollage des bords desdites feules 1'échangeur peut également être réalisé en matière plastique par extension: directe du profilé. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs. Au cours de cette description on se réfère au dessin qui montre Figure 1, une vue schématique en perspective d'un premier exemple de réalisation, et Figure 2, une vue schématique, également en perspective, d'un second exemple de réalisation On se réfère en premier lieu à la figure l. On y a représenté en 10 l'enveloppe parallélépipédique renfermant dans sa capacité 12 le milieu salin statique servant au stockage de l'énergie par utilisation de la chaleur latente de fusion de ce milieu salin. Dans cette enveloppe 10 est placé un échangeur 14 dont le secondaire est constitué par le milieu salin 12. Cet échangeur 14 est parcouru par un fluide caloporteur, de l'eau par exemple, qui en constitue le primaire et qui introduit ou extrait les calories de l'accumulateur constitué par le milieu salin remplissant la capacité 12.L'enveloppe 10 est munie dtun collecteur 16 pour l'admission du fluide caloporteur et d'un collecteur de sortie 18 pour l'évacuation du fluide caloporteur. Dans exemple de réalisation représenté sur cette figure 1 on voit que le primaire 14 est constitué de deux plaques 20, 22, maintenues écartées de quelques millimètres et qui constituent un faisceau en accordéon. Ces plaques, réalisées de préférence à partir de feuilles de matière plastique thermoformées,présentent un grand rapport longueur/largeur, de préference supérieur à 100. L'étanchéité du circuit de fluide caloporteur réalisé par l'assemblage des deux feuilles ao et 22 est alors obtenue par thermocollage de leurs bords. Dans l'exemple de réalisation représente à la figure 2, l'enveloppe 30 est de forme cylindrique et le primaire de l'échangeur est constitué par deux plaques assemblées en forme de spirale 26. On peut prévoir un collecteur d'admission axial 28 pour le fluide caloporteur et un collecteur dlevacuation périphérique 24. Grâce au très grand rapport longueur/largeur des plaques constituant le primaire de ltechangeur, on peut obtenir une très grande surface d'change entre le milieu salin stockant l'énergie et le fluide caloporteur introduisant ou extrayant les calories de ce milieu salin. En particulier, il est possible, 3 selon l'invention, de-loger dans une capacité de 4 m un primaire ayant une longueur développée de l'ordre de 120 mètres. L'invention permet de réaliser un échangeur-accumulateur d'énergie dans lequel le rapport énergie accutnulee/puissance de l'échangeur est très itnportant, pouvant entre supérieur à 50. Par ailleurs, l'invention permet d'obtenir un excellent coefficient de remplissage( volume des sels constituant l'accumulateur/volume total de l'accumulateur) pouvant atteindre et même dépasser 85 % Bien entendu cette invention n'est pas limitez aux exemples de réalisée tion décrits et représentés mais elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1) Dispositif échangeur-accumulateur d'énergie calorifique utilisant la chaleur latente de fusion d'un milieu s alin et comportant une enveloppe qui contient le milieu salin statique et un échangeur de chaleur plongé dans le milieu salin constituant le secondaire de l'échangeur et parcouru par un flui de caloporteur, constituant le primaire de l'échangeur, qui introduit ou extrait les calories de l'accumulateur, ce dispositif étant caractérisé en ce que le primaire dudit échangeur est constitué de deux plaques continues entre les quelles passe le fluide caloporteur, le rapport longueur/largeur de chacune de ces deux plaques étant très élevé et, de préférence, supérieur à 100. 2) Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que ltenveloppe contenant le milieu salin est de forme parallélépipédique et les deux plaques constituant le primaire de l'échangeur constituent un faisceau en accordéon. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe contenant le milieu salin est de forme cylindrique et les deux plaques consti- tuant le primaire dudit échangeur sont assemblées sous la forme d'une spirale. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté risé en ce que les deux plaques composant le primaire sont constituées par deux feuilles de matière plastique dont les surfaces sont éventuellement traitées. 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'échangeur est réalisé en matière plastique et en ce que les deux feuilles en matière plastique constituant le primaire sont thermoformées, l'étanchéité du circuit de fluide caloporteur étant réalisée par thermocollage des bords de ces feuilles. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caracté risé en ce que lton prévoit des moyens d'écartement entre les deux plaques constituant le primaire 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'écartement se présentent sous la forme de picots ou de bandes parallèles répartis sur l'une des feuilles. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caracté risé en ce que ltécartement entre lesdites plaques est de l'ordre de quelques millimètres. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 6 à 8 caractériwé en ce que les deux plaques sont constituées par des feuilles métal liques dont les surfaces sont éventuellement traitées.