Brevet FR2382654A1 — publié le 19780929

L'invention a trait à un procédé pour le stockage chimique de chaleur avec au moins deux paires de substances chimiques et avec effet de pompe de chaleur. On connait des systèmes dtaccumulation de la chaleur solaire qui utilisent une masse minérale divisée ou un stockage d'eau chaude, ou encore la chaleur de fusion de divers sels. Ces modes de stockage sont sujets a des deperditions d'énergie, et ne peuvent restituer de la chaleur qu'à & une température tout au plus égale a celle de lintroduction de chaleur dans le système de stockage. On connait aussi des procédés de stockage de chaleur par voie chimique. Parmi ceux-ci, on a fait choix, selon la présente invention, de ceux qui utilisent des réactions réversibles se déroulant dans le domaine de températures de la vie humaine, et qui utilisent avec des moyens simples de l'énergie solaire suscep- tible d'etre captée. L'avantage du stockage chimique tient à ce que la température de restitution de la chaleur n'est pas limité au niveau de la température de stockage, mais peut dépasser ce niveau. La combinaison de la réaction chimique avec le changement d'état dtun des réactifs permet aussi, en outre, d'utiliser l'énergie stockée pour la production de froid. On sait que des halogénures de mentaux alcalins peuvent se combiner a 1' ammoniac, la méthylamine, ltethylamine et autres dans le domaine de tempéra- tures de la vie humaine et aussi légèrement au dessus de ce domaine, par des réactions des liaisons de valences voisines. Ces réactions sont réversibles, et la chaleur de réaction est, selon le sens de la réaction, absorbée ou libérée. On désigne sous le nom d'absorption la réaction de combinaison, tandis que la décomposition est désignée sous le nom de désorption. 'les halogénures alcalins utilisables pour l'exploitation technique de ces réactions sont des sels pulvérulents, désignés sous le nom d'absorbants. Le réactif absorbe par ces sels est design5 sous le nom d'absorbat. Parmi les absorbats, les plus intéressants sont ceux qui présentent un changement de phase å une tempér@ture situez, pour une pression correspondante, a un niveau modérément inférieur à celui de la température d'absorption ou de désorption. Ces absorbats peuvent ainsi être stockés å l'état condense, sous un faible volume. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il utilise au moins deux systèmes vaporiseur-absorbeur contenus dans des enceintes indépendantes, contenant divers couples de substances chimiques associées de telle sorte que par un intense échange de chaleur, par absorption et désorption, elles élèvent la temperature d'utilisation en deux stades successifs au moins, agissant ainsi comme une pompe de chaleur, et fonctionnant successivement dans les phases d' accumulation, d'dchange, de chauffage et de refroidissement des systèmes d'ac- cumulation, de chauffage et de refroidissement. La chaleur est ainsi stocke b une température inférieure å celle de la restitution d'énergie. Le procédé permet en outre de stocker de l'énergie pendant de longues périodes, sans déperdition. L'énergie accumulée peut notre utilise pour le chauffage des locaux, pour 1 t obtention d'eau chaude å usage domestique ou industriel, et pour la climatisation. En 4tC, on utilisera le système de chauffage pour la production d'eau chau@e, et le système réfrigérant pour la climatisation. En hiver, on met le systeme réfrigérant en parallèle avec celui de chauffage, pour les utiliser tous deux au chauffage. forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention consiste b utiliser alternativement l'énergie solaire et l'énergie 41ectrique pour accumuler de la chaleur et la restituer a des systèmes classiques de production d'eau chaude et de chauffage On peut utiliser pour le stockage chimique de l'énergie électrique au tarif de nuit, On peut utiliser pour le stockage chimique de l'énergie solaire. La atockage de l'énergie solaire est temporellement séparé de celui de l'énergie électrique. L'absorbant est de préférence du chlorure de calcium, de lithium ou de magnésium, et l'absorbat est de préférence la méthylamine ou l'éthylamine. Lors de la restitution de la chaleur stockée, on peut aussi utiliser de la chaleur récupérée sur l'air évacué hors des locaux pour vaporiser ltabsorbat. la chaleur de condensation de l'absorbat lors de l'accumulation de chaleur par chauffage électrique peut entre stockée par la fusion de sels appropries et réutilisée pour la revaporisation de l'absorbat lors du dégagement de la chaleur d'absorption emmagasinée. L'invention sera encore decrite ci-aprbs en se référant a l'exemple illust@é par le dessin annexe, dans lequel La Fig. 1 représente schematiquement la phase d'accumulation, La Fig. 2 celle d'échange de chaleur, La Fig. 3 la phase de chauffage et de réfrigération, La Fig. 4 la phase de chauffage en hiver, La Fig. 5 un diagramme de la chaleur de stockage en fonction de la température extérieure, et La Fig. 6 un diagramme de la temperature de la chaleur utile restituez, en fonction de la température de vaporisation de l'absorbat. Ainsi que le représente la Fig. 1, on distingue trois phases essentielles la phase de stockage celle d'change de chaleur et celle de chauffage et/ou de réfrigération. Au cours de la phase de stockage, telle qu'elle est représentée Fig. 1, la chaleur venant d'un capteur solaire est dirige vers ltabsorbeur (a) du système de stockage. Selon le type de capteur ou collecteur solaire utilise ce transfert de chaleur se fera au moyen d'air chaud, d'eau chaude ou dtun autre fluide. Cet apport de chaleur a pour effet de libérer l'absorbat qui se condense dans le vaporiseur (b). La chaleur de condensation est évacuée hors du vaporiseur au moyen de l'échangeur (d) qui la rejette vers l'air extérieur. Si l'énergie solaire disponible et accumulée ne suffit pas å satisfaire les besoins prévisibles du lendemain, on aura avantageusement recours å l'énergie électrique au tarif de nuit, pour fournir le complément d'énergie voulu pour compléter la libération de l'absorbat, au moyen du circuit de chauffage dlectrique (m). La température et la pression de décomposition pourront entre plus élevées pendant la période de chauffage dlectrique, et dans ce cas il est avantageux de ne pas rejeter a l'extérieur la chaleur de condensation, mais plutôt d'accumuler cette chaleur et de l'utiliser pour chauffer un ballon d'eau chaude (u) ou pour fondre un sel fusible contenu dans le ballon (u). Selon la Fig. 2, au cours de la phase d'échange, l'énergie accumulée dans le système de stockage se dégage et est utilise pour libérer l1absorbat hors des absorbeurs (f) du circuit de chauffage et (g) du circuit de réfrigération. Si l'on peut disposer d'énergie solaire pendant la phase d'échange, on peut ltutiliser pour vaporiser l'absorbat, sinon on doit utiliser pour cette vapori satin la chaleur d'absorption ou bien la chaleur stockée dans le ballon (u). Le transfert de la chaleur d'absorption vers le vaporiseur (b) et vers les absorbeurs (f) du circuit de chauffage et (h) du circuit de réfrigération s'effectue au moyen des systemes d'changeurs (e), (k) et (1). La chaleur de condensation de l'absorbat se ddgageant des absorbeurs des circuits de chauffage et de réfrigération est rejetée vers l'air extérieur au moyen des systèmes dt échangeurs (p) et (q). En liaison avec la phase d'dehange, il est toujours Possible de compléter le stock d'énergie accumulée en utilisant l'énergie électrique dans les éléments chauffants (n) et (o) pour continuer a libdrer de ltabsorbat.Au cours de cette période de chauffage électrique, la chaleur de condensation se dégageant des vaporiseurs (g) et (j) eststockee dans le ballon(u). Selon la Fig. 3, au cours de la phase de chauffage et/ou de réfrigération, l'absorbat est vaporisé dans les deux vaporiseurs (g) et (j) puis absorbe dans les absorbeurs (f) et (h). Si l'on utilise le circuit de réfrigération å des fins de climatisation, la chaleur de vaporisation est prélevée sur l'air des locaux a climatiser, au moyen du circuit de climatisation (v). La chaleur dl absorption qui se dégage alors dans l'absorbeur (h) sera, selon les besoins et en fonction des conditions de température, soit rejetée å l'air extérieur au moyen du système d'échange (t), soit stockée dans le ballon (u) pour servir ensuite 9 vaporiser l'absorbat dans le vaporiseur (g).La vaporisation dans le vaporiseur (g) du circuit de chauffage pourra s'effectuer, en fonction des conditions de temppérature, soit au moyen de chaleur solaire, si celle-ci est disponible, soit au moyen de chaleur stocke dans le ballon (u) provenant par exemple de la chaleur récupérée sur l'air évacue hors des locaux, ou encore au moyen de la chaleur propre à la réaction dtabsorption dans l'absorbeur (f). Dans ce dernier cas, la chaleur se dégageant de l'absorbeur (f) est transmise au vaporiseur (g) par le système d'échangeurs (r). La chaleur d'absorption libérée dans l'absorbeur (f) est transmise par l'échangeur (s) au circuit de chauffage des locaux et/ou au circuit de production d'eau chaude. En été, le circuit de chauffage sert à la production d'eau chaude et le circuit de réfri- gération sert à la climatisation. En saison intermédiaire, le circuit de chauffage sert a chauffer les locaux, tout en assurant la production dteau chaude, et le circuit de réfrigération est soit mis hors service, soit utilise' pour récupérer la chaleur de l'air évacué des locaux.En hiver, le circuit de réfrigération est mis en parallèle avec le circuit de chauffage et contribue ainsi au chauffage (Fig. 4). Dans ce cas, la chaleur de réaction dégagée dans l'absorbeur (h) est transmise par ltdchangeur (y) aux circuits de chauffage des locaux et de production d'eau chaude. La source de chaleur pour la vaporisation de l'absorbat est alors identique dans les deux vaporiseurs (j) et (h). La Fig. 5 représente a titre d'exemple la relation entre la température et la pression dtun couple de substances absorbant-absorbat pouvant etre utilise par exemple dans le système de stockage d'énergie. On a représenté en ordonne la temperature du fluide déchange de chaleur, apportant la chaleur recueillie par le système de capteurs solaires, et en abscisse la température de condensation de l'absorbat, correspondant 9 la température extrieure. La reaction chimique correspondante est la suivante : : La Fig. 6 représente, a titre d'exemple, la relation entre la température et la pression d'un coupls de substances pouvant être utilise dans le système de chauffage et de réfrigération, selon la réaction réversible suivante On a tracé en ordonnée la température à laquelle se dégage la chaleur stockée, et en abscisse la température de vaporisation de l'absorbat. REVEND I GAT IONS 1. Procédé pour le stockage chimique de chaleur, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre au moins deux systèmes vaporiseur-absorbeur individuellement clos, contenant des couples divers de substances chimiques, associées de telle maniera qu'elles élévent la température utile par change de chaleur intensif sur deux étages au moins, en exerçant un effet de pompe de chaleur, et en fonctionnant successivement, de manière périodique, dans les phases de stockage, d'échange de chaleur, de chauffage et/ou de réfrigération des systèmes de stockage, de chauffage et de réfrigération. 2. Application du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle valise alternativement le stockage d'énergie solaire et d'énergie élec- trique pour fournir de la chaleur à des systèmes classiques de production d'eau chaude et de chauffage des locaux. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chaleur est introduite dans le système de stockage å une température inférieure å celle de restitution. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stockage dt anergie s'effectue sur de longues périodes sans déperdition. 5. Procède selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'énergie stocke est utilise pour le chauffage des locaux, pour la production d'eau chaude domestique et industrielle, et pour la climatisation. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant l'été le système de chauffage est utilise pour la production d'eau chaude consom mable tandis que le système réfrigérant est utilise pour la climatisation. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant l'hiver le système réfrigérant est mis en parallèle avec le systeme de chauffage et sert également au chauffage et à la production d'eau chaude. 8. Application du procède selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'on utilise le courant électrique de nuit pour le stockage d'énergie par voie chimique. 9. Application du procédé selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'on utilise l'énergie solaire pour le stockage d'énergie par voie chimique. 10. Application du procédé selon la revendication 2, caractérisée en ce que le stockage d'énergie solaire et celui d'énergie électrique sont temporelle ment indépendants. Il. Application du procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'on utilise comme absorbant une combinaison de chlorures de calcium, lithium et magnésium avec la méthylamine en tant qu'absorbat. 12. Application du procédé selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'on utilise l'éthylamine comme absorbat. 13. Application du procédé selon les revendications 1 et 2, caracterisee en ce que la chaleur récupérée sur l'air évacué des locaux est utilise pour la vaporisation de l'absorbat lors de la libération de la chaleur stockée. 14. Application du procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la chaleur de condensation de l'absorbant lors de la mise en stock de chaleur produite à partir d'énergie électrique fait l'objet d'un stockage intermédiaire dans un accumulateur de chaleur a bain de sels.