Brevet FR2507751A1 — publié le 19821217

On c:nnaî-t de nombreux systèmes de stockEge thermique d'un fluide. Tous sont basés sur le principe d'un réservoir ou d'une cuve ave enveloppe isolante. Ce réservoir est généralement métallique ou en matière plastique et ne conserve le liquide stocké à sa température qu'un temps relativement court, ceci étant dû aux pertes par conduction et par convexion. L'invention qui va être décrite ici fait appel à une technique nouvelle de stockage faisant appel à la réflection de longueurs d'ondes thermiques qui sont elles-memes focalisées dans le liquide stocké. Ceci minimise presque totalement le pertes par conduction et par convexion et augmente csnsiderablement ie temps de stockage pour une même température et un même fluide. Le liquide stocké est lui-même chauffé par un échangeur thermique situé au centre du réservoir de stockage. Le liquide primaire de cet échangeur est un caloporteur qui est chauffé par une source extérieure, laquelle peut etre des plus diverses et, dans la description qui va suivre, nous avons choisi une source de chaleur renouvelable puisqu'il s'agit d'un capteur solaire. DESCRIPTION L'appareil est constitué d'une cuve extérieure, comme nous le voyons sur la planche unique figure unique en i. Cette cuve est soit en matière plastique, soit métallique, ou oust autre type de cuve de forte capacité, tel que : ciment ou autre composant. Elle est constituée d'un cylindre fermé en ses deux bouts par des calottes concaves qui lui donnent, d'une part, la rigidité et, d'autre part, une grande facilité de construction, car ce type de construction est tout à fait classique et très connu. A l'intérieur, se trouve une autre cuve en 2 qui peut être également métallique ou en divers autres matériaux et qui est formée de couronnes concaves juxtaposées et soudées, comme nous le voyons en 3.L'empilage de ces couronnes donne un cylindre ondulé qui, lui-meme, est fermé dans ses deux extrémités en 4 et en 5 par des calottes concaves concentriques aux calottes du réservoir extérieur. L'espace compris entre ces deux réservoirs en 6 est rempli d'une matière isolante à fort pouvoir d'isolement thermique et d'un prix de revient le plus faible possible. A titre d'exemple, nous citerons les mousses de polyester,.les polypropylènes expansés, ou certains oxydes bon marché. Des entretoises en 7 permettent de centrer ce réservoir intérieur par rapport à la cuve extérieure. Au centre de ce réservoir intérieur, se trouve, en 8, un échangeur tubulaire dont le circuit primaire est alimenté par le tube 9 dans sa partie basse et dont a sortie se trouve dans sa partie haute selon le tube 10. Cet échangeur tubulaire est luimême au centre d'un autre tube formé de couronnes convexes juxtaposées et soudées en 11, ces couronnes convexes ayant le même rayon que les couronnes concaves formant le réservoir intérieur, les axes de ces couronnes étant face à face.Ces surfaces, qu'elles soient concaves ou convexes, et qui se trouvent face à face, sont traitées optiquement de manière à former des réflecteurs thermiques focalisant cette énergie dans une gamme de rayonnements allant de 0,6 à 25 microns, cette focalisation donnant le point chaud maximum comme nous le voyons par la représentation en traits mixtes en 12. La partie secondaire de l'échangeur central 8 est alimentée par le tube 13 ; cette alimentation se fait dans les espaces compris entre les tubes du circuit primaire de l'échangeur central 8 et débouche à l'intérieur du réservoir selon les flèches 14. La sortie de ce circuit secondaire qui, en réalité, est la sortie du réservoir de stockage, se fait par les collecteurs faisant office de vase d'expansion et qui se trouvent dans la partie basse en 15 et, en 16, dans la partie haute. Ces deux collecteurs, par les tubes 17 et 18, sont reliés au tube terminal 19 d'utilisation du liquide stocké. Hn2O, sur le circuit secondaire de l'échangeur est placée, en amont du tube d'alimentation 13, une pompe permettant de mettre sous pression le liquide à stocker (si ce liquide est luimême sous pression comme l'est l'eau des villes, cette pompe n'est pas nécessaire). Revenons au système primaire alimenté par le tube 9 qui, lui, est un circuit ferme dont la sortie s'effectue, comme nous l'avons vu, par le tube 10 et qui est mis en circulation par la pompe 21 alimentée, à titre d'exemple, par un panneau solaire photovoltaique 22. Ce circuit primaire est fermé à travers un capteur solaire en 23, ce circuit s'établissant selon les flèches 24 et 25. En 26, nous voyons un tube appartenant au circuit secondaire et débouchant dans le vase d'expansion supérieur 16 et qui sert uniquement à la sécurité de ltensemble car, dans le cas où le liquide secondaire stocké serait porté à ébullition ou aurait une trop grande expansion, une vanne de sécurité 27 permettrait, à travers ce tube 26, de mettre à l'air libre par la sortie 28 ce circuit secondaire, ceci pour éviter les trop fortes pressions incompatibles avec la tenue mécanique du réservoir intérieur. Enfin, pour en terminer avec la description, sur les calottes latérales de la cuve extérieure nous voyons, en 29 et sur la partie supérieure en 30, des anneaux d'amarrage permettant de manipuler cet ensemble qui, dans la plupart des cas, sera enterré. Fonctionnement : Le liquide caloporteur qui se trouve dans le circuit primaire que nous venons de décrire est chauffé en permanence par le soleil selon flèche S, à travers le capteur 23 que nous avons decrit. La pompe 21 entretenant ce mouvement permanent du liquide primaire caloporteur ne le fait, dans l'exemple cité ici, qu'en fonction de l'insolation ce qui fait que, lorsque le rayonnement solaire est élevé, la circulation du caloporteur est proportionnellement élevée, ce qui a un très bon rendement thermique puisque cette pompe est elle-même alimentée par un panneau solaire photovoltalque. Il faut signaler ici que ce système de chauffage du liquide primaire par le soleil peut être remplacé ptr tout autre système connu et n'est cité qu'à titre d'exemple et de compréhension. Les calories du caloporteur sont données par l'échangeur tubulaire 8 au liquide secondaire (en général de l'eau) destiné à être stocké et c'est ici que réside un des points essentiels de l'invention car, après être venu se chauffer dans l'échangeur, le liquide secondaire qui sort, comme nous l'avons vu selon les flèches 14, vient se stocker dans l'espace compris entre l'échangeur et le réservoir intérieur, là où les parois ont cette forme de couronnes faisant office de miroirs thermiques, ce qui occasionne une veine très chaude au foyer, comme nous i'avolls vu en 12, la partie du liquide stocké en contact avec les parois extérieures n'étant pas la plus chaude. Puisque cette partie la plus chaude est au foyer des miroirs concaves et convexes, la déperdition therci-.ue par conduction de parois est minimum. On peut estimer que la perte thermique due aux effets de parois par conduction et par convexion est réduite de 70 ,0 et c'est ce qui explique la très longue durée du stockage thermique de l'ensemble revendiqué ici. De plus, il faut constater que l'isolation du réservoir intérieur par rapport à la cuve extérieure plus le fait que souvent l'ensemble est enterré participent grandement à l'augmentation du stockage thermique. Enfin, l'immersion au centre du liquide stocké de l'échangeur augmente le rendement thermique de celui-ci. Dans un tel système où le stockage peut être de courte durée ou de longue durée, il faut constater qu'en ce qui concerne le premier cas (stockage de 24 ou 48 heures), le rendement thermique est de l'ordre de 90 Z et, dans le second cas, stockage de longue durée (entre 4 et 6 mois), les essais effectués ont donné un rendement de 60 Z. Ce système de stockage permet donc, pour les faibles durées, d'alimenter tous les systèmes à cycle rapide tels que les serres, chauffages individuels, et ne nécessitent pas de volume tres important.Par contre, pour les cycles très longs à grande réserve énergétique, tels que les chauffages collectifs, utilisation par augmentation thermique par pompe à chaleur, turbines, etc..., la capacité de l'ensemble doit être beaucoup plus grande et ce qui est intéressant dans ce système c'est que la conservation thermique est proportionnelle à la masse du liquide secondaire emmaga sinée et à la surface réfléchissante. L'avantage d'un tel système de conservation thermique à longue duree est d'être d'une construction simpléset d'une fiabilité très grande, et son prix de revient est relativement faible car il est fabriqué à partir d'éléments standard (couronnes réfléchissantes soudées ou enceintes annulaires préformées), et l'on peut faire varier la capacité uniquement avec des pièces de même type simplement en faisant varier le nombre de pièces juxtaposées. Le traitement optique des surfaces réfléchissantes des longueurs d'ondes thermiques peut être obtenu bien sûr, polir certains cas, par un traitement de surfaces coûteux mais a avantage à l'être, dans la plupart des cas, par des peintures du commerce qui ont cette propriété de réflection thermique dans la gamme des iongueurs d'ondes précitées. REVENDICATIONS 1. Dispositif de stockage caracteríse en ce que le liquide chaud stocké est gardé e sa température avec le minimum de déperdition par le fait que les parois intérieures de cette cuve de stockage sont traitées optiquement et focalisent les rayonnements chauds de 0,6 à 25 microns à l'intérieur de ce liquide. 2. Dispositif selon revendication I caractérisé en ce que le système de focalisation est constitué de couronnes optiques concaves et convexes opposées formant des ceacentrateurs du rayonnement chaud. 3. Dispositif selon revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les parois focalisante sont traitées n srface par des moyens optiques ou recouvertes de peinturons ou revêtements speciaux pour ne transmettre aucun rayonnemen chaud à ltexterieur mais pour les réfléchir. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2 ou 3 caracterisé en ce que le réservoir intérieur est constitue par une juxtaposition de ces couronnes optiques réfléchissantes soudées et qu'il est fermé aux deux extrémités par des calottes concaves elles-mêmes traitées optiquement et réfléchissant aussi les rayonnements thermiques. 5. Dispositif selon ltensemble des revendications 1 2, 3 et 4 caractérisé en ce qu'il comporte un echangeur thermique tubulaire placé au centre du volume secondaire où est stocké le liquide chauffé à utiliser. Cet échangeur est entouré de couronnes réfléchissantes convexes soudées entre elles et dont les foyers sont communs avec les foyers des couronnes concaves formant l'intérieur du réservoir de stockage. 6. Dispositif selon l'ensemble des revendications de 1 à 5 caractérisé en ce que le liquide stocké est chauffé par l'échangeur dans lequel circule un caloporteur primaire lui-même chauffé par une source extérieure. 7. Dispositif selon revendications 5 et 6 caractérisé en ce que le caloporteur du circuit primaire de l'échangeur est chauffé par un capteur solaire et est mis en circulation par une pompe elle-même alimentée par un générateur photovoltaique solaire. 8. Dispositif selon l'ensemble des revendications de 1 à 5 caractérisé en ce que le réservoir de stockage est lui-meme à l'intérieur d'une cuve dans laquelle il est centré, le volume entre ces deux reservoirs étant rempli d'un isolant à haut pouvoir d'isolation. 9 Dispositif selon les revendications 5, 6 et 7 caractérisé en ce que l'échangeur placé au centre de la cuve intérieure est lui-même isolé des couronnes réfléchissantes qui l'entourent.