Brevet FR2482272A1 — publié le 19811113

La présente invention concerne le domaine du chauffage de locaux ou d'eau chaude sanitaire, en particulier au moyen de l'énergie géothermique, et a pour objet un dispositif de récupération de cette dernière. Actuellement, le chauffage de locaux ou d'eau chaude sanitaire par l'énergie géothermique s'effectue généralement par pompage de l'eau provenant de nappes profondes à haute température, par exemple de l'ordre de 70OC à 80OC, et passage de cette eau dans un échangeur de chaleur, l'eau rèfroidie étant ensuite renvoyée dans la même nappe à une certaine- distance du point de pompage, par exemple à quelques centaines de mètres, Ce mode d'utilisation de l'énergie géothermique présente cependant l'inconvénient de nécessiter le forage de deux puits, pour l'etraction et le retour de l'eau, et l'installation de pompes de grande puissance et d'un prix de revient élevé, En outre, l'eau des nappes très profondes est souvent salée, et nécessite un traitement de dessalement préalablement à son entrée dans l'échangeur, ou un échangeur en acier inoxydable ou en titane, donc très cher, De plus, ce mode eonnu de récupération de l'énergie géothermique nécessite absolument la présence de nappes profondes suffisamment étendues pour permettre le forage de deux puits assez éloignés l'un de l'autre, et le forage de puits inutilisables est fréquent, de sorte que le coût d'une telle installation est très élevée Enfin, les dispositifs de récupération connus ne peuvent fonctionner qu'avec des nappes d'eau, l'échange thermique étant réalisé en surface. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. Elle a, en effet, pour objet un dispositif de récupération de l'énergie géothermique caractérisé en ce qu'il est essentiel lement constitué par un cylindre de grand diametre et de grande hauteur, fermé à sa partie inférieure et subdivisé en chambres d'égale hauteur au moyen de membranes étanches, ce cylindre étant disposé dans un puits de grand diamètre et de grande profondeur et surmonté dans la partie supérieure du puits par une chambre cylindrique de grande capacité dont la paroi est isolante, et par une installation de récupération de chaleur0 Conformément à une caractéristique de l'invention, les chambres sont reliées successivement entre elles par des tuyaux débouchant chacun dans la partie supérieure de la chambre supérieure et dans la partie inférieure de la chambre inférieure, l'orifice inférieur de chaque tuyau étant pourvu dtun clapet anti-retour. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'installation de récupération de chaleur est constituée par un échangeur de chaleur relié par son entrée à un tube isolé traversant les chambres du cylindre, et dont l'autre extrémité débouche dans la partie supérieure de la chambre inférieure extr8me-du cylindre, et par une pompe de circulation reliée, d'une part, à la sortie de l'échangeur de chaleur, et, d'autre part, à la chambre cylindrique à paroi isolante surmontant le cylindre. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné a titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence au dessin schématique annexé, dont la figure unique est une vue en coupe du dispositif conforme à l'invention. Be dispositif de récupération de l'énergie géothermique conforme à l'invention, représenté à titre d'exemple au dessin annexé, est essentiellement constitué par un cylindre 1 de grand diamètre et de grande hauteur dont la partie inférieure 2 est fermée, et par une installation 3 de récupération de chaleur. le cylindre 1 est disposé dans un puits 4 de grand diamètre et de grande profondeur, et est divisé en chambres 5 d'égale hauteur, au moyen de membranes étanches 6, la membrane 6 fermant la chambre supérieure formant la fermeture supérieure du cylindre 1. Au-dessus du cylindre 1, dans le puits 4, est prévue une chambre cylindrique 7 de grande capacité dont la paroi 8 est isolante. les chambres 5 sont reliées successivement entre elles par des tuyaux 9 qui débouchent chacun dans la partie supérieure de la chambre supérieure et dans la partie inférieure de la chambre inférieure, et ces tuyaux sont pourvus à leur orifice inférieur d'un clapet anti-retour 10, de sorte qu'il s'effectue une circulation en cascade de l'eau à partir du haut du cylindre vers le bas jusqu'à la chambre inférieure extrême. L'installation 3 de récupération de chaleur est constituée par un échangeur de chaleur 11 relié, d'une part, à un tube isolé 12, et, d'autre part, à une pompe de circulation 43 dont la sortie est raccordée à la partie supérieure de la chambre cylindrique 7. le tube isolé 12 est raccordé par son autre extrémité à la partie supérieure de la chambre inférieure extr & me 5 du cylindre l et traverse toutes les autres chambres 5. L'espace compris entre le cylindre 1 et la paroi du puits 4 est avantageusement rempli avec un matériau bon conducteur de la chaleur dans le cas où le puits 4 est uniquement 3 constitué par des roches. Le puits 4 conforme à l'invention présente, de préférence, un grand diamètre, de l'ordre de 1 m à 1,5 m, et une profondeur de l'ordre de 700 m. Dans ce puits est introduit le cylindre 1, qui s'étend du fond jusqu'à environ 250 m de la surface, le reste du puits 4 étant pourvu d'une paroi isolante 8 délimitant la chambre cylindrique 7 de grande capacité, qui est fermée à sa partie inférieure par la membrane 6 fermant la dernière chambre 5, et à sa partie supérieure par un couvercle étanche 14. Les chambres 5 présentent avantageusement une hauteur de 50 m, et dans chacune lteau subit une élévation de température équivalente à la différence de température existant entre les couches de terrain entourant les chambres 5. Après forage du puits et mise en place des divers éléments du dispositif conforme à l'invention, on procède au remplissage des chambres 5 du cylindre 1 et de la chambre cylindrique 7O A cet effet, l'eau est introduite dans la chambre 7, d'où elle s'écoule par gravité dans la chambre supérieure extrême 5, d'où elle s'écoule à nouveau, après remplissage de celle-ci, vers la chambre 5 située au-dessous, jusqu'à atteindre un remplissage complet. Ce dernier s'effectue avantageusement à travers la pompe 13, une purge d'air, non représentée, étant prévue sur l'échangeur 11, de sorte que toute poche d'air indésirable peut être évitée. En admettant qu'à la profondeur de 250 m, les couches de terrain soient à une température de 25oC, et à 700 m à 70oC, avec un gradient de température par chambre 5 de 5 C-par 50 m,*l'eau froide provenant de la surface s'échauffe lentement dans chaque chambre 5, et monte dans celle-ci, puis est propulsée, sous l'effet de la pression due à la pompe 13, dans la chambre 5 située au-aessous, dans laquelle se renouvelle le même procédé. Arrivée dans la chambre inférieure extrême, l'eau atteint son plus haut degré de température et pénètre dans le tube isolé 1-2 qui l'amène dans l'échangeur 11 pour son utilisation. les clapets anti-retour 10 équipant chaque tuyau 9 sont destinés à éviter une communication indésirable entre les chambres 5 successives lors d'un arrêt de la pompe 13. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser une récupération de l'énergie géothermique avec un seul puits de grande profondeur et de grand diamètre, sans nécessiter absolument la présence d'eau dans ledit puits. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté au dessin annexé. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments, ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. w -REVENl CTl0NS- 1. Dispositif de récupération de l'énergie géothermique, caractérisé en ce qu il est essentiellement constitué par un cylindre (1) de grand diamètre-et de grande hauteur9 fermé à sa partie inférieure (2) et subdivisé en chambres (5) d'égale hauteur au moyen de membranes étanches (6), ce cylindre (1) étant disposé dans un puits (4) de grand diamètre et de grande profondeur et surmonté, dans la partie supérieure du puits (4) d'une chambre cylindrique (7) de grande capacité dont la paroi (8) est isolante, et par une installation (3) de récupération de chaleur. 2.-Dispositifs suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les chambres (5) sont reliées successivement entre elles par des tuyaux (9) débouchant chacun dans la partie inférieure de la-chambre inférieure et dans la partie supérieure de la chambre supérieure, l'orifice inférieur de chaque tuyau () étant pourvu d'un clapet anti-retour (10). 3. Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation (3) de récuperation de chaleur est constituée par un échangeur de chaleur (li) relié par son entrée à un tube isolé (12) traversant les chambres (5) du cylindre (1), et dont autre extrémité débouche dans la partie supérieure de la chambre (5) inférieure extrême du cylindre (1), et par une pompe de circulation (13) reliée, d'une part, àla sortie de l'échangeur, et, d'autre part, à la chambre cylindrique (7) à paroi isolante (8) surmontant le cylindre (1). 4. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'espace compris entre le cylindre (1) et la paroi du puits (4) est rempli avec un matériau bon conducteur de la chaleur, dans le cas où le puits (4) est uniquement constitué par des roches. 5e Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le puits (4) présente avantageusement-un grand diamètre, de l'ordre de 1 m à 1,50 m et une profondeur de l'ordre de 700 m, le cylindre (1) s'étendant du fond jusqu'à environ 250'm de la surface, le reste du puits étant pourvu d'une paroi isolante (8) délimitant la chambre (7) de grande capacité qui est fermée à sa partie inférieure par la membrane (6) fermant la dernière chambre (5), et à sa partie supérieure par un couvercle étanche (14), eten ce que les chambres (5) présentent avantageusement une hauteur de 50 m.