Brevet FR2485702A1 — publié le 19811231

La présente invention est relative au stockage thermique à basse et moyenne température dans des ensembles de taille variable mais composé d'unités modulaires sensiblement cylindriques dans le sens vertical et de quelques dizaines de m3 chaque. Elle vise toutes les applications de stockage thermique dans ces gammes de température et notamment le stockage des calories solaires, des rejets thermiques de toutes origines, de l'énergie électrique d'heures creuses. On connait à ce jour de nombreux dispositifs de stockage de grande capacité thermique. Beaucoup font participer le terrain lui-même au stockage. Certains sont réalisés par forages verticaux de petit diamètre et d'autres par des tranchées ou des galeries excavées horizontales munies de containers contenant les fluides calostockeurs ou éventuellement des galets. La présente invention propose un mode de réalisation aisé par unités modulaires préfabriquées constituant des ensembles aux pertes thermiques minimisées. On sait que les ensembles de stockage thermique excavé ou réalisé sensiblement à même le sol ont des pertes thermiques maximum vers le haut, vers le bas et périphériquement. Une des caractéristiques de ces pertes est de ne pas être récupérable comme peuvent l'être celles de chaque container unitaire lorsqu'ils sont placés à proximité l'un de l'autre. La présente invention est un perfectionnement des modes de réalisation connus jusqu'à présent. Elle se caractérise par la réalisation d'ensembles de stockage thermique mixte. Ces cylindres verticaux, containers du fluide calostockeur, de 1 à quelques m de diamètre, par exemple de 3 mètres, et de quelques m de hauteur, par exemple de 3 à 9 mètres, sont juxtaposés. Les espaces laissés libres entre chaque module sont remblayés et peuvent etre compactés. Ces containers unitaires sont placés sur une trame de préFérence triangulaire et à une distance l'un de l'autre au maximum égale à leur diamètre. Les ensembles de stockage ainsi constitués ne sont pas isolés thermiquement ni latéralement ni en partie basse mais uniquement en partie haute par des talus et des couches de matériaux isolants. Ces containers cylindriques verticaux peuvent être soit entièrement enterrés sous le niveau du terrain naturel, soit semi excavés, soit entièrement en élévation, et de la matière de remblai vient alors être compactée entre chaque container de manière à former un volume général de stockage. Préférentiellement, les ensembleede stockage thermique seront composés de 1,7,19,37... unités modulaires disposées sur une trame triangulaire, cette disposition assurant une perte thermique périphérique minimum. Lors de leur enfouissement, les containers unitaires peuvent être placés dans des trous cylindriques réalisés pour chaque module, ou au contraire disposés au fond d'une fouille générale. Dans cette seconde solution, une étanchéité générale de fond de fouille peut être placée. Elle permet d'éviter les remontées capillaires et les évaporations d'eau en provenance du terrain sous-jacent, et également de maintenir l'hygrométrie du terrain de remblai. Cette hygrométrie peut être volontairement choisie au moment des remblais de manière à sélectionner une conductivité thermique optimum du terrain stocker. Une étanchéité de surface sera également placée de fanon à éviter les inFiltrations d'eau de pluie ou de ruissellement. 0'une manière générale, les pertes thermiques seront minimisées dans le dispositif, objet de la -présente invention, par - une stratification thermique générale au sein de l'ensemble stockage du centre le plus chaud vers l'hexa gone périphérique de containers modulaires les plus Froids - par la stratification thermique au sein même de chaque container, - par une gestion du liquide calostockeur appropriée aux problèmes posés de charge et de décharge du stockage. La circulation du fluide calostockeur de l'un des containers vers l'autre pourra se faire préFérentiellement par débordement ou par vase communicant de fanon à éviter les mises en pression dangeureuses pour l'étanchéité des dits containers. Oeux modes de réalisation de ces containers seront préferentiellement choisis. Le premier, en béton armé, avec ou sans âme métallique d'étanchéité, de type préfabriqué, réalisé par exemple par la société "BonnaIT, et qui comporte au moins un fond circulaire plan, un couvercle de même type avec éventuellement un trou d'homme et un corps général cylindrique, les trois pièces se raccordant par un cordon circulaire d'étanchéité placé à chaque jonction et qui se trouve comprimé lors de la mise en oeuvre. Le second, métallique, réalisé par exemple par le procédé dit "multiplaques" de la société "Armco", dans lequel est placée une peau souple d'étanchéité ou un sac étanche en matière synthétique de type "Butyl-chaleur". De toutes fanons, les caractériqtiques et avantages de la présente invention apparaitront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'une installation selon l'invention. La figure 2 représente une vue en plan d'un stockage thermique selon l'invention, composé de 19 modules unitaires. La Figure 3 représente une vue en coupe d'un mode particuliE de réalisation d'un module selon l'invention. La figure 4 représente également une vue en coupe d'un mode particulier de réalisation d'un module selon l'invention. Sur la figure 1 apparaissent les modules unitaires 1 contenant le fluide calostockeur 2 qui peut être l'eau ou tout fluide adapté au niveau de température requis ou aux contraintes du projet. Les modules de stockage unitaires 1 sont placés au fond d'une fouille qui peut être générale ou bien seulement réalisée sous forme de puits verticaux destinés à recevoir un container à la fois. Ces containers peuvent être soit entièrement enterrés sous le niveau du terrain naturel, soit partiellement, soit encore entièrement en élévation. En fond de Fouille, un Film d'étanchéité 3 est placé aFin d'éviter les remontées d'eau par capillarité en provenance du terrain sous-jacent 5 et également d'éviter partiellement l'évaporation de cette humidité existante. Ce film 3 est placé sur une couche de sable 4 pour éviter sa perForation. On remblait les espaces laissés libres entre chaque container 1 par la terre excavée 6 ou par tout autre matériau compact. On pourra préalablement ajuster l'hygrométrie de ce remblai en fonction des caractéristiques de conduction et d'échange thermique désirées avec les containers 1. Ces remblais participent au stockage thermique. Des plongeurs électriques 26 pourront être placés soit dans les containers les plus centraux, soit dans tous les containers, de manière à pouvoir stocker les calories électriques d'heures creuses qui sont surabondantes et à bas cout de vente. Un isolant général 7 est étalé sur toute la surFace du stockage et l'ensemble est protégé des eaux de pluie et d'inFiltrations par un Film d'étanchéité 8. Une couverture accessible 9 revêt l'ouvrage général. Chaque container unitaire 1 peut être mis en communication avec un autre par des conduites préfabriquées 10 incorporées aux containers eux-mêmes aFin de créer une continuité hydraulique soit par vasescommuniquants si ces éléments sont places en partie basse des container, soit par débordement si ces éléments sont placés en partie haute. Un réseau général de galeries 12, réalisé soit en buses de béton, soit en buses métalliques multiplaques assemblées, communique avec au moins un accès vers l'extetieur 13 et permet d'accéder à chaque trou d'homme 11 réalisé sur les containers.Naturellement, les réseaux hydrauliques d'amenée et de retour peuvent avantageusement emprunter ces galeries. La vue en plan représentée sur la Figure 2 est une des réalisations logiques de l'invention. Les containers modulaires sont placés sur une trame triangulaire à une distance des uns des autres égale à un diamètre des 10 containers. Ainsi, les remblais intermédiaires participent pleinement au stockage thermique, et la surFace périphérique générale du stockage se trouve réduite et donc également les pertes non récupérables, grâce à la forme générale hexagonale. L'injection et le stockage le plus élévé en température ont lieu dans les containers les plus centraux 14, et les extractions et les stockages les moins élévés en température ont lieu dans les containers les plus périphériques 15. A titre d'exemple un cheminement du fluide par débordement est représenté par les Flèches qui vont du container le plus central 14 vers le container le plus extérieur 15. La figure 3 représente en coupe un des modes préférentiel de réalisation des containers unitaires 1. Ces dits containers sont composés d'éléments préFabriqués en béton armé 21 è âme metallique 20, ou bien sans. Ils possèdent au moins un Fond sensiblement circulaire 19, un ou plusieurs corps circulaires 18, suivant la hauteur désirée pour le container, un couvercle 17 muni d'un trou d'homme fermé par une plaque 11, l'ensemble de ces éléments disposant par préFabrication de toutes les formes et gorges d'emboitement, et de joints circulaires en caoutchouc 16 placés entre les différents éléments et assurant par compression l'étanchéité du container. La figure 4 représente en coupe un autre mode préFérentiel de réalisation des containers unitaires 1. Oes tôles 22 galvanisées, ondulées dans le plan horizontal, cintrées, sont assemblées entre elles afin de constituer un cylindre vertical résistant. Un radier 4 de sable ou de béton maigre réalisé sur le fond de fouille 5 sert de support au dit cylindre vertical 22 en tôle. Une peau souple d'étan chéité 23 servant de sac au Fluide calostockeur 2 est placée à l'in- térieur du cylindre et vient s'appuyer sur ses parois et sur le radier 4. Un couvercle métallique 24 bombé de manière à résister au poids des remblais 6 vient Fermer l'ensemble et s'appuyer sur des cornières 25 munies de joints d'étanchéité. REVENOICATIONS 1. Oispositif de stockage thermique à basse et moyenne température caractérisé en ce qu il est réalisé par containers modulaires de forme cylindrique à axe vertical, juxtaposé de fanon régulière, et caractérisé en ce que les espaces ménagés entre eux sont remblayés par un matériau compact dont on pourra préalablement ajuster l'hygrométrie en Fonction des caractéristiques de conduction et d'échange thermique désirées avec les dits containers, afin qu'une partie importante des calories puisse y etre stockée, le dit stockage étant composé par l'ensemble des container et de leur contenu, et également des remblais les avoisinnant. 2. Oispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les containers modulaires sont disposés sensiblement sur une trame triangulaire et placés à une distance maximum l'un de l'autre égale au maximum à un diamètre des dits containers, et caractérisé en ce que la forme générale en plan du stockage a une conFiguration sensiblement hexagonale de manière à diminuer la surface de l'enveloppe périphérique et ainsi les pertes thermiques non récupérables. 3. Oispositif selonles revendicationsl et 2, caractérisé en ce que l'on utilise des containers en béton armé avec ou sans âme métallique d'étanchéité, préFabriqués par éléments dont au moins un fond, un couvercle et un corps circulaire, l'ensemble étant rendu étanche par l'écrasement de joints caoutchouc circulaires. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dimensions optimales correspondant à une réalisation économique à partir d'éléments modulaires en béton sont sensiblement de 3 mètres pour le diamètre et de 3 ou 6 mètres pour la hauteur. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise des containers réalisés à partir de tôles ondulées dans le plan horizontal, galvanisées, cintrées et assemblées entre elles afin de constituer un cylindre vertical résistant et caractérisé en ce qu'une peau souple d'étanchéité au Fluide calostockeur, résistante à la chaleur, est placée à l'intérieur, l'ensemble ainsi constitué étant fermé par un couvercle métallique supérieur bombé résistant au poids des remblais. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on réalise un réseau d'interconnections hydrauliques par des conduites préFabriquées incorporées au corps même des containers afin d'avoir une continuité hydraulique par vases communiquants ou par débordement de l'un vers l'autre et caractérisé en ce que les niveaux de température les plus élévés sont réalisés dans les containers les plus centraux et les niveaux de température les plus bas sont réalisés dans les containers les plus périphériques afin de diminuer les pertes thermiques. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on ménage des galeries d'accès sous forme de buses de béton ou métalliques permettant d'accèder à chaque trou d'homme ménagé à chaque container et caractérisé en ce que l'ensemble des connections hydrauliques permettant la charge ou la décharge du stockage thermique sont incluses dans les dites galeries qui communiquent en au moins un point avec l'extérieur. 8. Oispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on dispose des résistances électriques "plongeurs dans le fluide calostockeur, dans les containers les plus centraux ou même dans l'ensemble des containers de manière à pouvoir stocker l'énergie électrique distribuée par le réseau électrique en heures creuses, l'énergie électrique venant soit en complément dune autre énergie, solaire par exemple, soit couvrant la totalité des besoins. 9. Procédé de mise en oeuvre d'un dispositiF selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque container unitaire est associé individuellement à une maison ou à un logement et disposant d'un départ et d'un retour de calories propres et caractérisé en ce que l'ensemble des containers est groupé de fanon à réaliser un ensemble stockage caractéristique de l'invention.