Brevet FR2474660A1 — publié le 19810731

La présente invention concerne un milieu stockeur d' énergie thermique destiné à être employé notamment comme source d'énergie secondaire dans les installations de chauffage individuelles ou industrielle.s, comme récuoérateur d'énergie thermique, ou pour tout autre emploi où l'accumulation, la restitut.ion ou la régulation de l'é- nergie thermique s'averse nécessaire et/ou interessante. Il est bien connu que le soleil dispense par son rayonnement une énergie thermique périodiaue et irrégulière du fait des cycles journaliers saisonniers et des variations climatiaues. Par ailleurs, on sait également que l'énergie électrique issue des centrales thermiques classiques occasionne la perte inévitable de calories des échanges. thermiques à basse teinpcrature, leur production ne coïncidant pas forcément avec la demande. Les milieux et dispositifs stockeurs connus à ce jour, s'ils presentent les caractéristiques intéressantes quant au. rendement du stockage, n'en derreurent pas moins difficilement utilisables couranment, du fait de leur caractere corrosif respectivement de leur haute tempéra- ture de fonctionnement.De plus, certains milieux ou dispositifs stoclKeurs d'énergie thermique ont une conducti vité thermique trop faible pour permettre des échanges thermique à vitesse élevée. Enfin, ces milieux ou dispositifs peuvent être difficilement conjugués à une régulation thermique Le milieu stockeur d'énergie thermique, objet de la présente invention, se propose de pallier à ces incon vénients. A cet effet, il se caractérise par le fait qu'il se présente ss la forme d'un fluide composite constitue d'une substance solide ou liquide conditionnee dans une enveloppe métallique pour former des particules solides sphéroïdales d'un diamètre compris entre 10 et 1000 microns, et d'une phase liquide remplissant les espaces interstitiels entre les particules solides. Ce fluide composite est donc formé de particules sphéroldales solides concentrées dans une phase liquide de telle sorte qu'il obéisse aux lois newtoniennes de 1' écoulement. Les particules solides d' un diamètre compris entre 10 et 1000 microns sont composées d'une enveloppe métallique sphérique d'une épaisseur comprise généralement entre 0,1 et 10 microns et renfermant une substance ou un mélange de plusieurs substances présentant un changement d'état solide-liquide et vice-versa selon l'énergie thermique qui lui ou leur est communiquée ou qui en est extraite à la température du changement d'etat, ce qui constitue le principe de base du stockage de l'énergie thermique. La substance ainsi conditionnée peut être composée d'un ou plusieurs produits organiques ou non, ayant ou non réagi entre eux ou formant un système azéotropique permettant d'obtenir une chaleur latente de fusion donnée a une température donnée. Selon une forme de réalisation particulière, le produit organique peut étre un acide gras de formule gêné rale CH3-(CH2)n-COOH (oh n vaut de 2 à 16), tels que l'acide laurique, l'acide myristique ou l'acide stéarique, ou un mélange d'acides gras, permettan.t de fixer la température de fusion à une leur déterminée. Lorsqu'on emploie par exemple un mélange d'acide caprylique et d'acide laurique dans les proportions respectives de 62 % et de 38 %, la température de fusion est de 220C. Selon une seconde forme de réalisation, .le composé organique est le produit de la réaction d'un- acide gras avec un métal, de formule générale M (C (Cn+2H2n+302)2 com- me le palmitate de cuivre, le laurate de plomb ou le stXa- rate de potassium. Selon une troisième forme de réalisation, le produit est un mélange azéotropique de composés organiques fixant precisément une ou plusieurs des caractéristiques physiques dudit mélange. Par exemple, un mélange de 50 % d'alcool octylique et de 50 % de o-bromophénol, un mélan- ge de 20 % de o-bromotolubne et de 80 % d'acide caprot- que, ou un mélange de 12,5 % d'acétophénone et de 87,5 % d'alcool octylique, peuvent étre utilisés. La forme sphérique de la substance à conditionner peut étre obtenue, a l'état de fusion, par exemple au moyen d'un appareil de granulation à vibrations, le diamètre des particules étant fixé par la fréquence de vibration, et la solidification du corps organique se faisant immédiatement à la sortie de l'appareillage dans un courant de gaz froid. La forme sphérique des particules du corps organique peut être obtenue également à l'etat de fusion au moyen d'un appareillage à filière vibrante et à contre-courant gazeux où s'effectuent la sphéricité et la solidification des particules. La forme sphéroidale des particules destinées à emmagasiner l'énergie thermique est maintenue, malgré le changement d'état aux températures d'utilisation par un capsulage dans une membrane métallique. Cette membrane ou enveloppe métallique doit présenter de bonnes caractéristiques de conductibilité thermique et ne pas présenter de risques de modifications physiques ou mécaniques ni de réactions chimiques avec la substance qu'elle renferme ou la phase liquide, aux températures d'utilisation. Elle peut être réalisée en argent, en or, en platine, en cuivre, en nickel, en zinc, en étain ou en fer, par exemple. Pour la réalisation de cette enveloppe métallique, les particules sphériques de la substance à conditionner peuvent être sensibilisées en surface par une solution de chlorure stanneux et/ou de chlorure de palladium, avant de recevoir la ou les couches métalliques formant lten- veloppe, par exemple par dépit galvanique dans un lit fluidifié formé par le bain de galvanisation et un gaz inerte. Selon une autre méthode, les particules sphériques de la substance à conditionner sont entrarnées par un courant gazeux dans une enceinte å atmosphère contrôlée et portées a un potentiel électrostatique de façon à pouvoir recevoir a leur surface -un dépôt métallique simple ou composite formant l'enveloppe des particules. Les particules sphéroNdales ainsi réalisées présentent de préférence un coeffincient de sphéricité d'au moins 0,92, de manière à permettre au milieu stockeur formé de ces particules sphéroidales et d'une phase liquide d'obéir quasiment aux lois newtoniennes de l'écoulement. L'espace interstitiel entre ces particules sphe- roidales, présentant pour un même milieu stockeur un diamitre approximativement identique, est rempli par une substance liquide à toutes les températures d'utilisation, qui est destinée à améliorer l'écoulement du fluide composite ainsi formé et à parfaire le contact interparticulaire de façon à améliorer le coefficient de conducti- vité thermique du fluide composite. Cette phase liquide interstitielle agit donc coitirne un lubrifiant et permet d'ajuster a viscosité du milieu stockeur obtenu. Elle peut donc étre constituée de toute substance liquide possédant une viscosité relativement basse et une conductivité thermique propre a améliorer la conductivité thermique globale. A titre d'exemples, on peut mentionner des composés organiques tels que les alcools, plus particulièrement les polyalcools comme le glycol et le glycérol, les amines, etc. Le milieu stocker d'énergie thermique selon l'invention peut etre employé à la fois comme fluide caloporteur d'une installation de captage de l'énergie, par exemple d'énergie solaire, et pour stocker une énergie captée. A cette fin, il peut circuler dans le circuit du capteur pour venir se stocker dans un volume thermiquement isolé d'où la chaleur peut être extraite par un autre circuit, a moins que le fluide ne serve directement pour l'utilisation de l'énergie thermique qu'il a emmagasinée. Dans une autre forme d'utilisation, le fluide stockeur d'énergie peut permettre, par ses caractéristiques physiques particulières, telles que temperature de fusion et/ou de solidification et chaleur latente de fusion et/ou de solidification, de réaliser la régulation précise d'un appareillage dégageant ou absorbant de la chaleur à son allure de fonctionnement optimum. Ainsi, par exemple, peut il permettre de réaliser le contrôle rigoureux de réactions chimiques de synthèse fortement exothermique qui demandent encore actuellement le fractionnement des quantités entrant en reaction afin d'assurer la sécurité de l'opération visée. Une troisième forme d'utilisation possible est le transport à distance de l'énergie thermique. La grande facilité de manipulation du milieu stockeur d'énergie thermique permet d'envisager de l'utiliser pour extraire l'énergie thermique d'un dispositif exothermique particulier en un lieu donné et d'assurer par son transvasement et son transbordement la distribution ou le stockage de cette énergie en un autre lieu. REVENDICATIONS 1. Milieu stockeur d'énergie thermique, caractérisé par le fait qu'il se présente sous la forme d'un fluide composite constitué d'une substance solide ou liquide conditionnée dans une enveloppmétallique pour former des particules solides spheroldales d'un diametre compris entre 10 et 1000 microns, et d'une phase liquide remplissant les espaces interparticulaires. 2. Milieu stockeur selon la revendication 1, carac térisé par le fait que l'épaisseur de l'enveloppe métallique est comprise entre 0,1 et 10 microns. 3. Milieu stockeur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'enveloppe métallique est réalisée en platine, en or, en argent, en cuivre, en zinc, en nickel, en étain, en fer ou en un mélange de plusieurs de ces métaux. 4. Milieu stockeur selon la revendication 2, carac térisé par le fait que l'enveloppe métallique est cons tituée de plusieurs couches métalliques superposées. 5. Milieu stockeur selon la revendication 1, carac térisé par le fait que le coefficient de sphéricité des particules solides est d'au moins 0,92. 6. Milieu stockeur selon l'une des revendications 1 a 5, caractérisé par le fait que la substance solide ou liquide conditionnée dans une enveloppe métallique est constituée d'un produit organique ou minéral ou d'un mélange de ceux-ci présentant un changement d'état solideliquide ou liquide-solide dans le domaine des températures d'utilisation du milieu. 7. Milieu stockeur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ladite substance est constituée par un ou plusieurs acides gras de formule générale CH3-(CH)n-COOH, où n vaut de 2 à 16. 8. Milieu stockeur selon la revendication 7, carac merise par le fait que l'acide gras est choisi parmi les acides laurique, myristique et stéarique. 9. Milieu stockeur selon la revendication 6, carac térisé par l,e fait que ladite substance est constitube par un ou plusieurs produits de la faction d'un acide gras et d'un métal. 10. Milieu stockeur selon la revendication 9, caracterris par le fait que ledit produit est choisi parmi le palmitate de cuivre, le laurate de plomb et le stéarate de potassium. 11. Milieu stockeur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ladite substance est constituée par un mélange azéotropique binaire ou ternaire. 12. Milieu stockeur selon la revendication 11, carac térisé par le fait que le mélange azéotropique est composé de 12,5 % d'acétophénone et de 87,5 % d'alcool octylique. 13. Milieu stockeur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le mélange azéotropique est composé de 50 % d'alcool octylique et de 50 % de o-bromophénol. 14. Milieu stockeur selon la revendication Il, carac ténsé par le fait que le mélange azéotropique est composé de 20 ode bromotoluène et de 80 % d'acide caproique. 15.- Milieu stockeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la phase liquide se composê d'un ou de plusieurs liquides organiques. 16. Milieu stockeur selon la revendication 15, caractérisé par le fait que le liquide organique est choisi parmi les alcools et les amines. Milieu stockeur selon la revendication 16, carac térisé par le fait que le liquide organique est le glycol ou le glycérol.