Brevet FR2465963A1 — publié le 19810327

L'invention se rapporte à un procédé et à une installation prévus pour le stockage d'energie calorifique de longue durée. Elle s'applique principalement à la maison individuelle et a pour objet le stockage d'énergie calorifique eté/hiver à partir d'un apport énergétique exterieur gratuit (par exemple l'énergie solaire) ou d'une recuperation quelconque. Le stockage de la chaleur sous forme d'eau chaude est pratique couranment à petite échelle sur des courtes durees, mais aussi pour des quantités de chaleur plus importantes sur quelques mois voire une annee. En maison individuelle, il existe des cuves isolees permettant de stocker les besoins calorifiques d'une saison chaude à l'autre. Même pour une maison de petite surface 100 m2 habitable, les calculs montrent qu'il faut prévoir des volumes d'eau importants qui ne sont en aucun cas inferieurs à 200 m3. Pour gagner en volume, la seule solution consiste à profiter de la quantité de chaleur necessaire au changement de phase du liquide. On sait qu'on peut recuperer 80 kcal supplesentaires en trans formant un litre d'eau en glace, qui à l'état solide occupera sensiblement le même volume. Ainsi à partir d'eau à 600 C en descendant sa ter,erature a -50C, il devient possible de stocker 145 cal par kilo d'eau transformee en glace. Cette realite physique a étr exploitée dans plusieurs systèmes où l'on associe une pompe à chaleur à un reservoir ou à une cuve de stockage. On exploite alors tout le volume utile ou tout au moins une partie cloisonne de celui-ci pour tirer du liquide utilise, en general de l'eau, le maximum d'énergie en descendant en temperature en-dessous de zero. Ceci suppose à l'interieur du volume utilise tout un reseau de tubes refroidisseurs speciaux. Le surcroit de complexité de cette installation et la puissance souvent elevee de la machine frigorifique associie à la cuve de stockage rendent son coût important pour ne pas dire prohibitif devant les économies realisables. De ce fait, l'amortissement de cette installation devient tellement long que son intérêt pratique diminue fortement. Le procédé et l'installation selon l'invention ex.- ploitent également l'augmentation de stockage par le passage en glace, mais sans formation d'un bloc de glace dans tout le volume utile. L'invention permet de simplifier notablement l'installation et par conséquent de la rendre plus fiable et moins onéreuse. Le procédé selon l'invention consiste à former en continu, en fond de cuve de stockage des glaçons à partir d'un circuit frigorigène relié à une pompe à chaleur, à démouler automatiquement ces glaçons par chauffage à l'aide d'une source d'énergie gratuite extérieure ou d'une récupération quelconque par exemple par l'énergie solaire pour qu'ils puissent venir flotter à la surface, procédé consistant à utiliser directement en intersaison l'eau suffisamment chaude présente dans la partie supérieure du volume de la cuve et à utiliser séparément ou conjointement en fond de cuve par l'intermédiaire d'une pompe à chaleur l'énergie apportée par les capteurs solaires ou toute autre en descendant le plus bas possible en température. L'installation selon l'invention comprend une cuve de stockage reliée à des panneaux solaires et à un récupérateur sur air extrait ou tout autre dispositif de récupération débitant dans un échangeur en prise directe et à travers une pompe à chaleur, les panneaux, les dispositifs de récupération et le circuit primaire de la pompe à chaleur sont alcrs branchés.à une structure d'échanges prévue au fond de la cuve, comprenant sur un même ensemble placé en fond de cuve un réseau de formation de glaçons adjacent à un circuit multiple de circulation d'eau chaude en provenance des capteurs en association avec un circuit de fluide frigorigène en contact étroit avec la structure de conformation des glaçons. Les caractéristiques techniques détaillées de l'invention sont consignées dans la description ci-après effectuée à titre d'exemple non limitatif à l'aide des dessins accompagnants dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe de l'ensemble de l'installation - la figure 2 est une vue de détail en coupe transversale d'une forme de réalisation de la structure d'échange en fond de cuve de récupération - la figure 3 est une vue de détail en coupe trans versale d'une deuxième forme de realisation de la structure d 'é- change en fond de cuve de récupération. On examinera tout d'abord le procédé selon l'invention. Le procédé consiste à puiser de l'énergie calorifique dans un liquide, de préférence de l'eau en abaissant sa température puis en formant des glaçons au fond d'une cuve de récupération dans une structure d'échange réunissant un circuit multiple de formation de glaçons, un circuit adjacent imbriqué de circulation d'eau chaude en provenance des capteurs solaires et un circuit de fluide frigorigène d'une pompe à chaleur en contact étroit avec le circuit de formation des glaçons par exemple solidarisé à son fond. Plus précisément, le procédé consiste à former les gla- çons par le fluide frigorigène d'une pompe à chaleur et à les démouler par la circulation appropriée d'eau chaude en provenance des capteurs et/ou tout autre dispositif, le long des parois latérales de conformation des glaçons, ces glaçons venant flotter à la surface de l'eau stockée. Le procédé permet, par un circuit distinct, d'utiliser en direct la chaleur accumule dans la cuve en intersaison, par exemple pour alimenter directement un plancher chauffant. En fait, on récupère la chaleur de solidification en faisant des glaçons. Il permet surtout de transférer les calories accumulées en descendant la tespérature de l'eau en-dessous de 00C c'est-a-dire en la transformant de façon mçentanée, mais continue en glace. L'installation selon l'invention se compose d'une cuve de récupéra- tion 1, enterrée ou en sous-sol, dont le volume est adapté aux besoins de la maison individuelle en général voisin de 40 m3. Cette cuve comporte une enceinte à isolation calorifique 2 et de préférence une poche intérieure étanche 3 pla quée contre les parois. Elle possède, à sa partie supérieure, un accès à son intérieur sous la forme d'un portillon de visite 4. Cette cuve présente dans son fond un ensemble composite d'échange 5 à deux circuits de circulation et à structure de conformation de glaçons 6. L'ensemble d'échange est relié d'une part au circuit primaire 7 d'une pompe à chaleur 8 restituant les calories dans un échangeur 9, de préférence une bouteille de mélange, par son circuit secondaire 10. L'ensemble composite d'echange 5 est relié d'autre part aux capteurs solaires 11 par un circuit d'apport 12 comprenant un circulateur 13. Ce circuit d'apport calorifique extérieur est relié à une ou plusieurs sources de récupération d'énergie. I1 peut tout aussi bien s'agir d'un caisson de récupération 14 air/eau sur l'air extrait ou d'une pompe à chaleur 15 transférant l'énergie de la nappe phréatique ou du sous-sol à l'intérieur de la maison. Ces dernières pouvant pour des besoins particuliers débiter directement dans la bouteille de mélange 9. L'ensemble composite d'édiange 5 peut se réaliser sous diverses formes techniques. I1 comporte d'une façon générale sur sa face supérieure un réseau 16 de conformation de glaçons à structure répé- titive imbriqué dans un réseau 17 de circulation d'eau chaude en provenance des capteurs solaires ou autres. Cette structure peut se réaliser, par exemple sous la forme d'une ttle nervurée 18 en forme d'onde rectangulaire (crénaux) ou trapézoidale rapportée sur une plaque 19. Les canaux 20 servent de structures de conformation des glaçons et les structures saillantes 21 forment tunnel pour la circulation de l'eau chaude en provenance des capteurs 11 ou tout autre source d'énergie calorifique de récupération. Les parois latérales 22 et 23 sont communes au circuit de chauffage 24 et aux structures de conformation des glaçons. Les fonds 25 des canaux 20 sont en contact étroit avec le circuit primaire 7 de fluide frigorigène de la pompe à chaleur 8 par exemple sous la forme de tubes 26 à section circulaire. Dans certains cas on préférera prévoir dans les structures saillantes 21 des conduits 27 (figure 3) pour le chauffage indirect des parois latérales 22 et 23. L'échangeur ou la bouteille de mélange 9 reçoit le circuit direct 28 à travers une pompe 29 le cas échéant le circuit d'un caisson de récupération AIR/EAU de l'air extrait, le circuit secondaire 10 de la pompe à chaleur 8 et au besoin tout autre circuit de restitution de chaleur récupérée utilisable directement c'est-à-dire sans passer par la cuve de stockage. L'échangeur alimente par son ou ses circuit(s) secondaire(s) 30 l'ensemble de chauffage de la maison individuelle formé de préférence d'un plancher chauffant 31 additionné le cas échéant d'une série de radiateurs ou de convecteurs 32. On préférera le plancher chauffant car il fonctionne a gamme de temperature plus basse que celle des convecteurs et radiateurs à savoir 30 à 40 C REVENDICATIONS. 1. Procédé de stockage d'énergie calorifique dans un mi- lieu liquide, avec changement de phase, de préférence de l'eau avec transformation de glace en eau pour le stockage et d'eau en glace pour le puisage caractérisé en ce que dans la période de puisage d'énergie l'on forme en continu des glaçons au fond d'une cuve de récupération dans une structure d'échange composite réunissant un conformateur de glaçons, un circuit de circulation d'eau chaude adjacent à chaque élément conformateur et un circuit de fluide frigorigène en contact étroit avec le conformateur et en ce que l'on démoule les glaçons par la circulation d'un fluide chaud ceux-ci venant flotter à la surface de l'eau de la cuve de stockage. 2. Installation pour le stockage d'énergie calorifique caractérisée en ce qu'elle comporte une cuve de stockage(l)isolée à poche intérieure, prevue en sous-sol comprenant dans son fond un ensemble composite d'échange (5) à circuits chauffant (17) et refroidisseur (7) et à structure de conformation de glaçons (6), le circuit chauffant (17) étant relié à une ou plusieurs sources d'apport calorifique gratuit, par exemple des panneaux solaires (11) et le circuit refroidisseur constituant l'évaporateur d'une pompe à chaleur EAU/EAU (8) relié à un échangeur ou bouteille de mélange (9). 3. Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que le conformateur de glaçons (6) prévu sur la face supérieure de ensemble d'échange est unréseau de formation de gla çons à structure répétitive imbriqué dans le réseau de circulation d'eau chaude. 4. Installation selon les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le conformation de glaçons (6) et le circuit de circulation d'eau chaude (17) sont réalisés sous la forme d'une tôle nervurée (18) à profil en créneaux ou trapezoldal rapportée sur une plaque support (19), les canaux formant éléments linéaires de conformation de glaçons et les saillies obturées par la plaque constituant les branches de circuit de circulation d'eau chaude. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le circuit évaporateur (7) du fluide frigorifique est formé de conduits rapportés sur la plaque support au droit des canaux de conformation des glaçons. 6. Installation selon la revendication 4 caractérisée en ce que le circuit d'eau chaude (17) est du type indirect par des conduits prévus dans les saillies. 7. Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que la cuve de stockage (1) est reliée directement à l'échangeur (9) par un circuit distinct (28). 8. Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que l'ensemble composite d'échange (5) reçoit en plus du circuit des capteurs solaires le/ou les circuits de toute autre source de récupération. 9. Installation selon la revendication 2 caractérisée en ce que l'échangeur ou bouteille de mélange (9) reçoit les circuits des sources de récupération utilisables directementr