Brevet FR2486089A2 — publié le 19820108

FR 2486089 A2 19820108 FR 8011879 A 19800528 2e Certificat d' Addition Materiaux Vitrifiés et Procédés les rendant aptes à capter l'énergie solaire et à accumuler la chaleur Le brevet français déposé le 10 mai I977 avait pour objet la definition de materiaux vitrifiables riches en fer aptes à capter l'énergie solaire et à accumuler la chaleur. La lere Addition déposée en France le 14 mar@1978, concernait particuliérement divera dispositifs et produits issus des materiaux decrits par 1. brevet principal. La 2@Addition a pour objet des procedés et dispositifs de stockage ,par fusion électriqu,du materiau vitrifie , de l'énergie libèrée par les centrales thermiques en heures creuses ,la récuperation de la chaleur accumulée s'operant aux heures de pointe par un refroidisselen contrôlé de la masse en fusion Selon@'experience et les mesures, en effet, le materiau considéré qui a eté défini par le brevet principal , est une vitroceramiqu' ayant la singularité de se cristalliser avec une vitesse extrême, ainsi qu'en témaoigne la Fig. I de la Planche I avec un dégagement de chaleur considerable .C'est ainsi qu'une masse au cours d'un refroidissement ménagé, est portée au rouge par la chaleur de cristallisation ,Celle-ci est pzrticuliérement élevée entre 1050 et la temperature du du liquidus, qui est de 1250 C. La cristallisation est de la forme "Wollastonite ", La chaleur de dévitrification totale a et mesurée à laide d'un caloriiautre Calvei à haute temperature par le procédé dit " de chute ", le resultat moyen d'une dizaine d'essais ayant ete retenu.Deux creneaux oprtaioires ont eté pratiqués, l'un de 250C à II070C ; l'autre de 250C à 1170 C,pour controle Si l'un désigne par Q1 : la chaleur d'échauffement à l'etat vitreux Q2 : la chaleur d'échauffement à l'etat partiellement vitreux et devitrifié QC = Q2 - Q1 representera la chaleur de cristallisation soit : QC = 256 cal.g. -1 -222 cal.g.-1 = 34 cal.g-1, soit environ 100 cal. cm3 -1 ce resultat pouvant etre consideré oomme un minimum, l'gquilibre thermodynamique nétant pas atteint. 11 resulte de ce qui précéde que la vitroceramique VS-195 considerée constitue un produit nouveau apte à accumuler après fusion,la chaleur, cette fusion pouvant étre électrique et à restituer l'énergie calorifique issue de l'échauffement et de la cristallisation, grâçe à un refroissement qui peut êetre modulé selon les besoins instantanés du réseau,dans une centrale thermique ,aux heures de pointe. La mise an oeuvre du materiau préconisé par l'invention constitue aussi un procédé nouveau de stockage de la chaleur selon une technique qui sera erposée plus loin. On sait que la rendement global des centrales thermiques est affecté gravement par l'irrégularité des besoibs Jours naliers du réseau, caracterisée par l'éffondrement de la consommation de nuit, et par des pointes à certaines@ heures du jour Les possibilités techniques d'auto-régulation de la production etant limitées, des recherches ont pour objet.en maintenant le cap d'une production uniforme, d'emmagasinner les excedents d'énergie ,pour les recuperer, par une mobilisation rapide, s'il y a liew La reprise, sous forme de chaleur est déjà experimentée ,sous la forme thermique, dans des accumulateurs inertiels ,le véhicule caloporteur etant la vapou, que l'on by-passerait en heures creuses, en amont des turbo-alternateurs Selon les prévision, le kilowatt délivré aux heures de pointe par la contrale secondaire ,dont le coût est independant d celui du pétrole, serait 4 à 7 fois moins élevé que celui produit par la centrale principale .Toutefois , à l'échelle d'une centrale, l'accumulateur prendrait des dimensions gigantesques et exigerait des investissements énormes ,dans le cadre du projet d'accumulatic à basse temperature Si,au contraire, la récuperation s'opére,selon l'invention, à haute temperature, valorisant conjointement la chaleur d'échauffement et de cristallisation , les mimensions de l'accumulateur seront, à puissance de conservation égale, infiniment plue réduite ,ainsi que les investissements, las conditions thermodynamiques de marche etant particulièrement améliorées On a représenté à la Fig. 2 de la Planche I un schema d'accumulateur thermique pour la récuperation cyclique de la chaleur de cristallisation de la vollastonite ,dont la marche, dans une centrale thermique, comporte la fusion électrique en heures creuses ,et,aux heures de pointe, la récuperation de la chaleur stockée ,par un centrale asservi aux besoins du réseau, du flux de refroissement ,qui pourrait etre l'air , animant des turbines à gaz. L'accumulateur est un four de fusion de construction trés simpe et économique ,ne comportant pas, comme les fours de verrerie à bassin , de cuvelage et d'évacuation du produit de fusion Il est constitué, en I,de blocs jchntifs juxtaposés sans liaison entre eux ,de vitroceramique VS-195,l'étanchèité etant assurée par la fusion du materiau constitutif lui-même. Des cratères de fusion 2,2',... sont ménagés de place en place à la partie superieure de l'accumulateur ,dans lesquels plongent les életrodes an graphite connectées au reseau électrique. ainsi que des électrodes auxiliaires (non-figuréeo su le schem ) assurant le demarrage après un arrêt prolongé. La partie superieure de l'ouvrage est fermés et isolée thermiquement ,mais la sole est constituée d'une dalle metallique bonne conductrice de la chaleur ,en fonte,par exemple ,figurée en 4 ,et permettant une dissipation homogène de la chaleur dans les échangeurs sous-jaçents 5 noyés dans une masse hautement réfractaire Le socle du four sera constitué de brique refractaire et de béton. - La siiaplicité de la conatruction permet un chauflage économique des hatitatione à l'aide des courants de nuit, et, particuliérement des immeubles collectifs - Le materiau VS-I95 convient comme recepteur de focalisation dans les centrales solaires à haute temperature ,le procédé permettant, d'autre part, l'accumulation de la chaleur solaire en en atténuant le caractère intermittent. Revendications ... 1 - Matériau du genre des verres et ceramiques de composition définie par le brevet français déposé le 10 mai 1977, caracterisé en ce que sa cristallisation ,qui est trés radide entre 1050 C et I2500C ,presente une exotnermie de 34 cal.g. -1 qui peut être recupèrée au refroidissement de la masse en fusion. 2 - Procédé de stockage de l'énergie .sous la forme calorifique, notamment dans les centrales thermiques, caracterisé en ce le materiau defini par la revendication I est fondu électriquement pendant les heures creuses. 3 - Procédé de de récuperation de l'énergie thermique ockee ,selon les revendications I et 2, par un refroidis asservi entre 1050 C et 1250 C asservi aux besoins du réseau ,en sorte que la chaleur conjointe de cristallisation et de rechauffement inertte- soit récuperée 4 - Procédé de récuperation ,selon la revendication I, de la chaleur inertielle residuaire retenue en-dessous de I0500C dans le materiau 5 - Procédé de construction économique du four de fusion, caracterisé en oe qu'il est constitué de ' blocs jointifs non-liés entre eux, de witroceragique definie par la revendi cation I, à la partie superieure duquel des cratères de fusion sont équipés d'électrodes de graphite 6 - Procédé de réèuperationide la chaleur de l'accumulateur defini par les revendications 1-2-3-4-5 caracterisé en ce qu'elle est captée a la base du four par une semelle métallique bonne conductrice de la chaleur,comme la fonte, et collectée par des échangeurs sous-jaçents vers des turbinea à gaz. 7 - Procédé économique de chauffage des habitations par les courants de nuit ,selon les revendications I-2-3-4-5-6 b - Procédé de captable et de nookage de la chaleur dans dans les centrales solaires à rayonnement focalisé pour heutes temperatures ,seclon les revendications 1-2-3-4-5-6.