Brevet FR2476285A1 — publié le 19810821

L'invention est relative à un dispositif de stockage d'energie directement dans le sol à partird'énergle solaire. Le dispositif selon l'invention permet de stocker de l'énergie dans le sol, et de la récupérer ulterieurement notamment mais non exclusivement pour le chauffage d'une habitation, ou pour la fourniture d'eau chaude sanitaire. L'énergie solaire est principalement disponible pendant les periodes d'ensoleillement maximum, c'est-à-dire environ du mois de Mars au mois d'Octobre. Ce phénomène est surtout accentué dans les régions peu ensoleillées. On a donc cherché à la stocker, de manière à pouvoir la récu pérer par exemple sous forme de chaleur pour chauffer une habitation en hiver. c'est-à-dire à réaliser un stockage intersaisonnier. Les moyens de stockage actuellement existants comprennent une réserve d'eau de grande capacite, naturelle ou artificielle, que l'on chauffe en éte, et oû on pompe de l'énergie en hiver. Le stockage dans une réserve d'eau artificielle présente l'inconvénient de nécessiter un volume d'eau très important, ce qui pose donc des problèmes de volume et de calorifugation. Par ailleurs, une masse d'eau naturelle n'est pas partout disponible et exige une installation coûteuse. Un autre type de stockage consiste à chauffer pendant l'tété une masse de galets, et à récupérer ultérieurement la quantité de chaleur qu'elle restitue. Ce type de stockage occupe également un volume très important. Par ailleurs, dans la majorité des cas, le fluide caloporteur qui véhicule la chaleur dans le sol est de l'eau, d'où inconvénient de fuites, de gel. De plus, la présence d un vase d'expansion est en général nécessaire. Un des buts de la présente invention est de proposer un dispositif de stockage d'énergie qui permette un stockage intersaisonnier. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif peu couteaux, dont la mise en oeuvre est tres simple. Un autre but est de proposer un dispositif qui utilise des moyens de stockage naturels "in situ". Le dispositif de stockage d'energie dans le sol, à partir d'énergie solaire, notamment mais non exclusivement pour le chauffage d'une habitation ou la fourniture d'eau chaude sanitaire, est caractérise par le fait qu'il comprend des moyens capteurs à air pour capter l'énergie solaire, des moyens primaires pour réaliser un transfert d'énergie directement dansa terre ou l'énergie est stockée' et/ou transférée à des moyens secondaires de récupération et de restitution. L'invention sera mieux comprise si l'on se refère à la description ci-dessous ainsi qu'aux dessins-en annexe qui en font partie intégrante. La figure 1 'est une vue schematique en coupe représentant le dispositif selon l'invention applique au chauffage d'une habitation. La figure 2 est une vue schematique de -dessus du dispositif selon l'invention dans un mode de réalisation non limitatif. La figure 3 représente les dispositions relatives des différentes canalisations dans une mise en oeuvre non limitative. L'invention va maintenant être decrite en référence aux figures, et en application au chauffage d'une habitation. Cette application cependant n'est pas limitative, et l'on pourrait adapter l'invention à d'autres applications, sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. Dans la figure 1, la référence 1 est relative au niveau du sol. Au dessus de ce niveau, un capteur, qui de préférence est un capteur solaire absorbe l'énergie solaire, dont le rayonnement est schematisé par les fleches 3. Le capteur utilise l'air comme fluide caioporteur, il estd'un type connu et est orienté de manière connue de 1'Homme de l'Art. Une canalisation primaire 4 véhicule ce fluide' caloporteur à une profondeur 5 dans le sol. A cette profondeur, la canalisation 4 se prolonge par un réseau de canalisations primaires 6 situé sensiblement horizontalement. Dans un mode de réalisation représenté en figure 2, le réseau consiste en deux canalisations en forme de U dont une aile est allongée par rapport à l'autre. vîs-àvis du contour de l'habitation, symbolisé par le trait mixte 7, le réseau de canalisation est aménage de manière à couvrir un maximum de surface définie par ce périmètre. Aux extrémités 8 des différentes canalisations du réseau opposées aux branchements sur la canalisation 4, l'air est ou bien évacue ou bien dérive par exemple â'l'intêrieur de l'habitation pour y renouveler l'atmosphère. C'est durant son passage dans le réseau de canalisations 6, que l'air communique l'énergie qu'il a absorbé au niveau du capteur 2 à la terre située à proximité du réseau. La profondeur 5 est déterminée de préférence de manière à ce que la terre en surface soit très peu réchauffée de maniere à éviter les échanges de chaleur vers l'extérieur. Par ailleurs, etant donné que la terre est rechauffee-en profondeur, l'isolation, et donc le stockage sont meilleurs. Pour récupérer cette énergie, dans une deuxième phase, on provoque une circulation d'un fluide caloporteur secondaire dans la partie centrale de la terre qui a eté réchauffée par le fluide caloporteur primaire. Le fluide caloporteur secondaire se charge ainsi d'énergie qui éventuellement est stockée dans une réserve secondaire. Dans l'exemple des figures 1 et 2, le circuit de récupération secondaire est représenté en pointillés. Il comprend tout d'abord un reseau de canalisations secondaires 9 dont une partie de la longueur 10 est adjacente au réseau de canalisations primaire. Une pompe 11 provoque la circulation du fluide caloporteur dans le réseau secondaire, qui a un sens inverse du sens de circulation du fluide caloporteur primaire. Tout fluide caloporteur secondaire approprié convient, et par exemple de l'eau éventuellement additionnée de sels à grande capacite thermique. Une reserve 12 de petite capacité réalise un stockage secondaire. A titre d'exemple, on a obtenu de bons résultats en utilisant de l'eau comme fluide caloporteur secondaire, et une réserve secondaire de 5.000 litres environ pour une habitation de 130 m2 habitables. La figure 3 indique dans un mode preférentiel de réalisation la disposition relative-des canalisations primaire et secondaire dans la partie 10 oû elles sont adjacentes. La canalisation d'air primaire 13 se trouve au centre, et les canalisations secondaires, respectivement 14, 15, 16 et 17 sont réparties à la périphérie. Dans l'exemple de la figure 3, quatre canalisations secondaires ont été réparties autour de la canalisation principale, aux quatre sommets d'un carré. Les canalisations secondaires sont accollees à la canalisation principale dans la partie où celles-ci son adjacentes. Les canalisations primaire et secondaire sont fabriquées en tout matériau approprie, et par exemple des matieres plastiques. Dans la partie oû elles sont adjacentes, l'ensemble des canalisations en enveloppé par une gaine 18. Le ralle de cette gaine est de protéger ces canalisations, et egalement de favoriser la diffusion de la chaleur de la canalisation principale vers la.terre, puis de la terre vers les canalisations secondaires. Cette gaine est en tout matériau approprié, et par exemple du héton qui présente l'avantage d'avoir un coût de revient faible, et un bon coefficient de conductibilité. La cuve 12 est également enterrée dans le sol de manière à profiter du stockage d'énergie qui y est réalisé et qui favorise son isolation. De preférence, la cuve se situe au centre du réseau primaire et secondaire, ainsi que le-représentent les figures 1 et 2. Ainsi, son isolation et son calorifugeage sont réalises par le fait que la cuve est entouree de terre chaude qui realise le stockage primaire. Par ailleurs, les pertes de chaleur vers l'extérieur sont évitees car la terre chaude et la cuve sont suffisamment en profondeur pour que la terre ne soit pas réchauffée en surface. Dans la cuve de stockage secondaire, le fluide caloporteur se condaire est pompé au fond 19 de cette cuve, et refoulé après réchauffe ment dans la partie supérieure 20 de celle-ci. La chaleur stockée dans la reserve secondaire 12 est transferee en vue de son utilisation, par exemple pour le chauffage d'une habitation par tout dispositif connu de l'Homme de l'Art. Par exemple, tel que cela est représenté schematiquement à la figure 1, une partie de la chaleur stockée dans la réserve secondaire est véhiculée par le fluide calopor teur secondaire dans une cuve tertiaire 21 ou elle est transférée à l'installation de chauffage de l'habitation. L'installation de chauf fage préféree est du type chauffage par le sol 23, qui permet d'utiliser un fluide à basse température, qui est donc bien adapté au dispositif de stockage selon l'invention. Une pompe 24 assure la circulation du fluide dans l'installation 23. La cuve tertiaire 21 constitue une réserve tampon qui évite de transférer la chaleur directement de la-cuve de stockage secondaire à l'installation de chauffage, et qui permet d'equilibrer les tempéra tures entre le stockage et l'utilisation. Par ailleurs, le volume de fluide caloporteur qui traverse la cuve tertiaire 21, c'est-à-dire en fait la chaleur véhiculée de la cuve de stockage secondaire vers la cuve tertiaire est régulée par tout dispositif approprié 22 en fonction de la température en retour de l'installation de chauffage. Cette re gulation permet de transférer à l'installation de chauffage de l'ha- bitation la quantite de chaleur nécessaire pour maintenir à l'intérieur de celle-ci la temperature voulue. Naturellement, d'autres dispositifs de transfert de la chaleur depuis la cuve de stockage secondaire jusqu'à l'utilisation pourraient être envisagés , en particulier pour d'autres applications du dispositif selon l'invention que le chauffage d'une habitation. En effet, le dispositif selon l'invention peut egalement produire de l'eau chaude sanitaire pour une habitation. Dans le cas du chauffage d'une habitation et de la fourniture de l'eau sanitaire, un apport extérieur d'énergie peut être utilisé, si l'énergie fournie par le dispositif selon l'invention ne s'avere pas suffisante , particulièrement en période de grand froid. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le sui vant. De l'énergie est absorbée par le capteur solaire 2, puis communiquée à la terre, en profondeur, par l'intermédiaire des canalisations primaires 4 et 6. Le stockage primaire d'énergie dans la terre se déroule environ de Mars à Octobre. Selon les besoins dans le temps et en quantité, le réseau de canalisations secondaires 9 recupère cette énergie, progressivement, et la stocke provisoirement dans la réserve secondaire 12. Ce stockage secondaire est réalise par la circulation du fluide caloporteur secondaire dans le réseau de canalisations 9 par l'intermédiaire de la pompe 11. L'énergie stockee est transferée par tout dispositif approprié par-l'installation de chauffage de la maison, ou l'installation d'eau chaude sanitaire. Il faut cependant remarquer que la partie primaire du dispositif qui capte l'énergie et la stocke dans le sol, ainsi que la partie secondaire du dispositif qui récupère cette énergie, peuvent fonctionner simultanément, et par exemple pour la fourniture d'eau chaude pendant la période d'ensoleillement maximum. Dans ce cas, la terre joue le rôle d'un échangeur de chaleur. Par ailleurs, la partie primaire du dispositif peut également fonctionner en dehors de la période de Mars a Octobre, si l'ensoleillement est suffisant. Tout dispositif approprié, et par exemple un thermostat differentiel command.e la circulation d'air dans le réseau primaire lorsque la temperature de cet air est supérieure à la température de l'eau dans le circuit secondaire, et particulierement dans la réserve secondaire 12. Le dispositif selon l'invention, appliqué a une habitation, à laquelle il fournit de ltenergie, donne de meilleurs résultats si celleci présente un coefficient volumique de déperditions thermiques "G faible" L'installation du dispositif selon l'invention eat très simple, et necessite la mise en oeuvre de moyens de génie civil peu importants. 11 suffit en effet de creuser des tranchés de faible largeur, et de profondeur déterminée. L'installation des réseaux primaire et secon.- daire dans ces tranchées ne pose aucun problème particulier, de même pour l'installation de la cuve de stockage secondaire qui présente un volume relativement faible il suffit ensuite de couler du béton autour du réseau primaire, et du réseau secondaire, dans la partie oQ les dif férentes canalisations sont adjacentes puis de refermer les tranchés. Le capteur solaire quant à lui est d'un type connu, et il est disposé de maniere connue par rapport à l'habitation. Naturellement, le dispositif qui vient d'être décrit en application au chauffage d'une habitation n'est donné ici qut titre indicatif, et l'on pourra adopter d'autres mises en oeuvre de la présente invention sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. Par exemple, le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour transférer, ou stocker puis transférer de l'énergie en vue de faire fonctionner tout dispositif nécessitant un apport d'énergie à basse température. Ce dispositif peut être une turbine à gaz pour la production d'électricité. Dans cette turbine, la vaporisation d'un gaz permet de faire tourner une turbine qui produit de l'électricité Cette vaporisa tlon peut être réalisée au moyen d'energie apportée par le dispositif ~selon l'invention moyennant quelques modifications à la portée de l'Homme de l'Art. Le dispositif selon l'invention peut être également utilisé pour la réfrigération dans des pays très chauds. Moyennant quelques modifications, également à la portee de l'Homme de l'Art, en particulier au niveau du capteur, le dispositif selon l'invention capte et stocke dans la terre du froid pendant la nuit, et le restitue pendant le jour, par exemple a l'intérieur d'une habitation. Le dispositif selon l'invention peut également trouver des applications dans l'agriculture. REVENDICATIQNS 1. Dispositif de stockage d'énergie dans le sol à partir d'énergie solaire, notamment mais non exclusivement pour le chauffage d'une habitation ou la fourniture d'eau chaude sanitaire, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens capteurs a air pour capter l'ener- gie solaire, des moyens primaires pour réaliser un transfert d'énergie directement dans la terre ou l'énergie est stockée et/ou transferée à des moyens secondaires de récuperation et de restitution. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'énergie est captée, transférée, stockée, récupérée et/ou restituée sous forme de chaleur. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérise par le fait que la chaleur est restituée et récupérée ultérieurement à son stockage, et progressivement de manière à réaliser un stockage intersaisonnier. 4. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérise par le fait que les moyens primaires et les moyens secondaires fonctionnent simultanement. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens primaires de transfert comprennent au moins une canalisation primaire enterrée sur une grande longueur sensiblement horizontalement. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de récupération et de restitution comprennent au moins une canalisation secondaire vehiculant un fluide caloporteur secondaire. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le dit fluide caloporteur secondaire est de l'eau. 8. Dispositif selon les revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que les moyens secondaires comprennent egalement une cuve de stockage secondaire. 9. Dispositif selon les revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que les canalisations primaire et secondaire sont adjacentes sur la plus grande partie de leur longueur enterrée. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que les canalisations- primaire et secondaire sont entourées par une gaine de béton dans leur partie adjacente enterrée. 11. Dispositif selon les revendications 8 et 9, caractérisé par le fait que la cuve de stockage secondaire est enterrée à proximité des canalisations primaire et secondaire. 12. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'une cuve tampon tertiaire transfère la chaleur stockée dans la cuve secondaire vers une installation de chauffage d'une habitation.