Brevet FR2428223A1 — publié le 19800104

L'invention a pour objet un dispositif de stockage isotherme de chaleur, dans lequel est possible un échange de chaleur à travers une paroi disposée entre une matière à changement d'état ayant une forte chaleur de transformation,servant de milieu de stockage, et un milieu liquide caloporteur. On connait de nombreux types de dispositif de stockage de chaleur dans lesquels la chaleur de transformation dtun sel polyhydraté ou la chaleur de transformation eau-glace est utilisée en combinaison avec un caloporteur pour stocker ou destocker de la chaleur sous forme de calories ou de frigories. Dans ces dispositifs connus,une des difficultés courantes est d'empêcher la prise en masse de la matière à changement d'état au voisinage des parois d'échange, dont l'inconvénient est de réduire le coefficient d'échange thermique. Une autre difficulté est d'éviter la migration par différence de densité dans la matière à changement d'état. Le but de la présente invention est d'éviter les inconvénients et difficultés précitées. Mais il est également de proposer un nouveau dispositif très économique à produire et à exploiter. Le but de l'invention est atteint, dans un dispositif du type décrit au début, par le fait que la matière à changement d'état est contenue dans une pluralité d'enceintes élémentaires et les enceintes élémentaires sont immergées dans le milieu caloporteur. De cette façon, par fractionnement en enceintes élémentaires, on réduit les inconvénients dûs à la prise sur les parois et à la migration. I1 est avantageux, selon l'invention, que la masse volumique du milieu caloporteur soit sensiblement égale à celle de la matière à changement d'état. De cette façon, les organes de fixation des enceintes ne sont plus soumis qu'à de très faibles contraintes statiques, ce qui permet une économie importante de matière. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les enceintes élémentaires sont groupées en unités constructives constituées chacune par la réunion face à face de deux feuilles de matière plastique soudées ensemble selon des lignes de soudure délimitant des compartiments servant d'enceintes. Grâce à cette particularité de l'invention, on pourra réaliser des dispositifs de stockage à très bon marché. I1 est conforme à l'invention que les unités constructives soient disposées verticalement et qu'une partie au moins des lignes de soudure aient une direction générale substantiellement horizontale. De cette façon, on réduit considérablement les migrations par différence de densité. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui sera donnée ci-après, uniquement à titre d'exemple, d'un mode de réalisation de l'invention. On se reportera, à cet effet, aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue d'ensemble en perspective de l'appareil de stockage et d'échange de chaleur d'un dispositif selon l'invention, - les figures la, lb et lc représentent respectivement, avec grossissement, les zones cerclées A, B, C de l'objet de la figure 1, - la figure 2 représente, en vue de face, une unité constructive selon l'invention, - la figure 3 représente, selon II de la figure 1, une coupe à plus grande échelle de l'appareil dans lequel sont montées des unités constructives conforme à la figure 2, - la figure 4 représente schématiquement et à plus petite échelle, un dispositif de l'invention comportant l'appareil de la figure 1. L'appareil et le dispositif décrit sont plus spécialement conçus pour une matière à changement d'état constituée par le système eau-glace et un milieu caloporteur constitué par de l'eau glycolée, comme il sera exposé plus loin. L'unité constructive de base 1 est carrée ou rectangulaire et est destinée à être suspendue par l'un de ses côtés. Elle est constituée par la réunion face à face de deux feuilles plastiques 2 et 3, par exemple de polyéthylène de 250 Mm ou moins. Les feuilles 2et 3, qui sont carrées ou rectangulaires sont réunies par deux bords parallèles 4 et 5 destinés à être dirigés verticalement, au moyen de lignes de soudure 6 et 7 étanches. Les deux autres bords 8 et 9 sont réunis par des lignes de soudure 10 et 11, après qu'on ait réservé de chaque côté une gaine 12 par repliement de l'une des feuilles. Dans chacune des deux gaines 12, est disposée une barre 13, dite de suspension pour le côté haut 9 et de tension pour le côté bas 8. Les barres 13 sont, par exemple, en chlorure de polyvinyl rigide.Outre les lignes de soudures 6,7, 10 et 11, est prévue une série de lignes de soudure horizontale 14 délimitant, entre les deux feuilles 2 et 3, une série de compartiments 15 en forme de boudins horizontaux. Ces compartiments constituent autant d'enceintes élémentaires selon l'invention. Les lignes de soudure 14 sont interrompues en 16 au voisinage de la ligne de soudure 7, faisant communiquer, pour le remplissage, les compartiments entre eux par un canal de faible section. Pareillement, la ligne de soudure 7 est interrompue vers le haut en 17 pour laisser un canal de remplissage prolongé à l'extérieur par un bec 18 de remplissage. Une fois les compartiments remplis d'eau, ou de toute autre matière à changement d'état, le bec 18 est destiné à être soudé pour obtenir 1'é- tanchéité du remplissage. L'unité prend alors l'apparence d'un rideau gonflé en boudins, comme on le voit en coupe transversale à la figure 3. Plusieurs unités sont réunies dans un châssis 20, qui comprend deux faces planes étanches 21 entre lesquelles sont suspendues parallèlement les unités 1 avec décalage en hauteur des lignes de soudure les unes par rapport aux autres, comme représenté à la figure 3. Les barres 13 servent à monter les unités par serrage entre les faces 21 au moyen de broches de serrage 22. Un écartement est maintenu par des réglettes de calage 23 disposées verticalement et s'étendant du haut en bas de l'appareil. En dehors de la zone des barres 13, ces réglettes sont élargies pour constituer cales entre les bords soudés 6 et 7 sur lesquels on a constitué une languette latérale de largeur convenable.Sur les faces verticales perpendiculaires aux faces 21, l'appareil se présente donc de façon étanche, tandis que sur ses faces horizontales, il subsiste des lumières 24 pour le passage du milieu caloporteur dans l'un ou l'autre sens de circulation ascendante ou descendante. Pour simplifier la fabrication, les réglettes latérales 23 servant de cale, présentent un évidement unilatéral 25. La réglette la plus à droite sur les figures 1 recevra donc, pour assurer l'étanchéité, une barre 13 non montée dans une unité 1. Les réglettes 23 sont percées transversalement pour le passage des broches 22, ce qui assure la cohésion de l'eue semble monté. I1 est donc prévu que les réglettes s'étendent latéralement au delà des bords 4 et 5, pour que les broches 22 passent au delà de ces bords. Un châssis monté 20 est disposé dans une enceinte 30, relié au circuit d'utilisation du caloporteur symbolisé par des flèches à la figure 4. On voit que l'invention présente de nombreux avantages. En utilisant unç matière à changement d'état voluntLques et un milieu caloporteur de masses/ très voisines, on réduit les efforts sur les enceintes, au point qu'en régime statique et même en régime de circulation par convection, il n'y a sur ces enceintes pratiquement aucun effort dû à la gravité, puisqu'elles sont immergées dans un liquide sensiblement de même masse volumique que la matière qu'elles contiennent. Si la matière à changement d'état est un système eau-glace, on utilisera avantageusement de l'eau glycolée à 25 % pour une congélation à -100C, sa masse volumique étant alors de 1,04 g/cm3. Dans un exemple d'application, on prendra une épaisseur de feuille plastique de 250 F ou moins, une épaisseur de boudin de l'ordre de 5 mm et une distance entre boudins de l'ordre de 2 mm, la proportion théorique d'eau sera de l'ordre de 1/2. Si on tient compte des extrémités et de l'encombrement du châssis d'une part, de la proportion d'eau non solidifiée à l'intérieur des boudins d'autre part, on arrive à une capacité de stockage de l'ordre de 25 à 30 thermies soit 30 à 35 kWh par m3 de stockage proprement dit. Un tel stockage impliquerait environ 500 litres d'eau enfermée dans les boudins, 400 litres d'eau glycolée dans le dispositif, environ 100 kg de polyéthyldne et et environ 30 kg de PVC rigide. En ce qui concerne les avantages constructifs du dispositif selon l'invention, on remarque que celui-ci ne nécessite qu'un très petit nombre d'éléments standard et que ceux-ci peuvent être assemblés à la demande pour constituer des unités de toutes tailles, et même pour agrandir facilement une unité existante. REVENDICATIONS 10) Dispositif de stockage isotherme de chaleur, dans lequel est possible un échange de chaleur à travers une paroi disposée entre une matière à changement d'état ayant une forte chaleur de transformation, servant de milieu de stockagenet un milieu liquide caloporteur, caractérisé en ce que la matière à changement d'état est contenue dans une pluralité d'enceintes élémentaires (15) et les enceintes élémentaires sont immergées dans le milieu caloporteur. 20) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse volumique du milieu caloporteur est sensiblement égale à celle de la matière à changement d'état. 30) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enceintes élémentaires (15) sont groupées en unités constructives (1) constituées chacune par la réunion face à face de deux feuilles (2,3) de matière plastique soudées ensemble selon des lignes de soudure (6,7,10,11,14) délimitant des compartiments (15) servant d'enceintes. 40) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les unités constructives (1) sont disposées verticalement et au moins une partie des lignes de soudure (14) ont une direction générale substantiellement horizontale. 50) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend la réunion dans un bati (20) de plusieurs unités constructives (1) à lignes de soudure (14), de direction générale substantiellement horizontale, décalées successivement d'une unité (1) à la suivante. 60) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des unités constructives (1) constituées chacune par deux feuilles de matière plastique (2,3) soudées ensemble, selon des lignes de soudure étanche, les unes (6,7,11,12) au voisinage du périmètre des deux feuilles, les autres (14) parcourant la surface des deux feuilles (2,3) entre les faces desquelles elles délimitent ainsi des compartiments (15), les lignes de soudure (14) ayant été interrompues pour ménager des canaux de communication (16,17) entre compartiments contigus et avec l'extérieur, le ou les canaux de communication avec l'extérieur ayant été obturés après remplissage par la matiere à changement d'état. 70) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ou les canaux de communication (17) avec l'extérieur sont obturés par soudage. 80) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les unités constructives (1) disposées verticalement sont fixées par leurs bords (4,5,8,9)dans un châssis (20), et sont maintenues écartées les unes des autres par des éléments rigides séparatifs (23) s'étendant au moins sur deux bords parallèles (4,5). 90) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les bords (4,5) des unités constructives comportent une languette latérale servant de prise de serrage entre éléments rigides séparatifs consécutifs (23).