Brevet FR2524125A1 — publié le 19830930

La présente invention concerne un procédé pour le stockage et la restitution d'énergie calorifique, et elle a aussi pour objet un dispositif destiné à la mise en oeuvre de ce procédé de stockage et de restitution, le dispositif en question constituant simultanément un élément porteur de bâtiment. La demande de brevet français NO 79 12518 du 10 Mai 1979, publiée sous le NO 2 456 175, au nom de la Société Demanderesse, décrit déjà un système de construction par composants permettant la réalisation de l'ossature principale d'un édifice ou d'en ensemble d'édifices, et contribuant à l'intégration de solutions apportées à la thermique de tels édifices, ce système s'appliquant notamment à la construction rationnelle et économique de bâtiments avec chauffage par capteurs solaires, et stockage de l'énergie calorifique dans des cuves.Plus particulièrement, le document auquel il est ici fait référence prévoit, dans les structures qu'il décrit et représente, des cuves ou réservoirs de stockage de forme cylindrique et d'axe vertical, connectées au circuit parcouru par le fluide de chauffage, et constituant des piles porteuses de l'ossature du bâtiment, ces cuves cylindriques assurant d'autant mieux leur fonction statique qu'elles sont généralement remplies, presque complétement, d'un fluide hydraulique. Le procédé de stockage et de restitution d'énergie calorifique selon la présente invention s'applique plus particulièrement à la conception qui vient d'entre rappelée, et il permet dans ce cas d'obtenir à la fois une excellente isolation de la cuve, pour réaliser un accumulateur de chaleur ayant un minimum de pertes, et une restitution directe de l'énergie au travers des parois de la cuve, avec possibilité de contrôle et de régulation du transfert des calories, de manière à utiliser aussi cette cuve comme radiateur vis-à-vis des espaces qui l'entourent, et même comme unique moyen de chauffage des pièces du bâtiment dont elle constitue l'élément porteur. A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un procédé pour le stockage et la restitution d'énergie calorifique consistant à accumuler un fluide chaud dans une cuve ou un réservoir à paroi isolante, et à restituer l'énergie calorifique de ce fluide, directement au travers de la paroi de la cuve ou du réservoir, en faisant varier le degré d'isolation thermique de cette paroi. Une seule et m & e structure dite "cuve" ou "reser- voir", reliée par exemple à des capteurs solaires, peut ainsi assurer simultanément et indistinctement les fonctions de stockage des calories absorbées par le fluide qui parcourt les capteurs solaires et d'échangeur de chaleur permettant de restituer directement les calories de ce fluide.De préférence, cette structure de cuve ou de réservoir remplit une troisième fonction qui est de participer en outre à la stabilité du bâtiment dont elle assure les fonctions thermiques. Suivant un mode de mise en oeuvre préféré du procédé de stockage et de restitution d'énergie calorifique selon la présente invention, la variation du degré d'isolation de la paroi de la cuve ou du réservoir, en vue de la restitution de la chaleur du fluide stocké, est obtenue en réalisant l'isolation de cette paroi par le vide et en faisant varier le taux de vide dans ladite paroi. L'isolation est ainsi rendue variable entre les extrêmes constitués par le vide maximal pouvant être obtenu avec les moyens de pompage utilisés, et par la mise à l'atmosphère, et des possibilités encore plus larges sont offertes s'il est prévu de créer soit le vide, soit à l'inverse une pression dans la paroi de la cuve ou du réservoir, par injection d'un fluide, gazeux ou autre, dans la même paroi et variation du taux de pression de ce fluide.Il est en effet connu que l'augmentation de pression de l'air ou d'un autre gaz s'accompagne d'un accroissement de sa conductibilité thermique, et en application dececi, la mise en oeuvre alternative du vide et d'une pression, l'un et l'autre variables, constitue un moyen idéal pour modu ler le dégré d'isolation de la paroi de la cuve ou la capacité de cette paroi à une restitution de chaleur par transfert direct vers I'extérieur. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour le stockage et la restitution d'énergie calorifique, constituant un élément porteur de bâtiment, ce dispositif comprenant essentiellement une cuve cylindrique d'axe vertical avec une paroi en béton intérieure et une paroi en béton extérieure séparées par une âme centrale isolante, la paroi en béton intérieure délimitant un volume de stockage de fluide relié à un circuit de chauffage de ce fluide, et l'âme centrale étant reliée à des moyens capables de créer le vide à l'intérieur de cette âme centrale, et de faire varier le taux de vide.Lorsque le vide maximal est réalisé et maintenu dans l'âme centrale, la paroi de la cuve est parfaitement isolante et cette cuve joue un rôle passif d'accumulation d'énergie calorifique ; en réduisant le taux de vide dans cette âme centrale, la paroi de la cuve est rendue conductrice de la chaleur, et les calories accumulées par le fluide peuvent être restituées à l'extérieur, la cuve se comportant comme un radiateur vis-à-vis des espaces habitables qui l'entourent, ces espaces appartenant au bâtiment dont la cuve considérée constitue le pilier porteur ou un des piliers porteurs. La présence de fluide hydraulique dans le volume de stockage interne contribue par ailleurs à la stabilité de la cuve, donc du bâtiment dont cette cuve constitue l'élément porteur. En faisant varier le taux de vide dans l'âme centrale de la paroi de la cuve, notamment en fonction de mesures de la température intérieure et/ou extérieure, on modifie le degré d'isolation de cette paroi et l'on obtient un contrôle et une régulation du transfert de calories vers l'extérieur. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif pour le stockage et la restitution d'énergie calorifique, constituant un élément porteur de bâtiment Figure 1 est une vue en perspective, très schématique, d'une maison à chauffage solaire bâtie autour d'un dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique selon ltinvention, constituant son seul élément porteur Figure 2 est une vue en coupe verticale, passant par l'axe de la cuve de ce dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique. Comme le montre la figure 1, le dispositif objet de l'invention comprend essentiellement une cuve cylindrique 1, mise en place sur le sol avec son axe en position verticale, cette cuve I servant de fondation et d'élément porteur central pour une maison 2 dont le toit comporte des capteurs solaires 3, en forme de panneaux connectés entre un collecteur inférieur 4 et un collecteur supérieur 5. Un premier conduit 6 part de la partie inférieure de la cuve 1 pour aboutir au collecteur 4, et un autre conduit 7 part du collecteur supérieur 5 pour aboutir à la partie supérieure de la cuve 1, cette cuve pouvant aussi constituer un dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique. Comme le montre la figure 2, le circuit du fluide parcourant les capteurs solaires comprend encore une pompe de circulation 8 et un clapet anti-retour 9. La cuve 1 elle-m & e est constituée par deux épaisseurs de béton coaxiales, à savoir une épaisseur de béton intérieure 10 et une épaisseur de béton extérieure 11, séparées par une âme centrale isolante 12, pouvant être notamment une structure-alvéolaire en "nid d'abeille", avec cellules communicantes, délimitée par une tôle cylindrique intérieure 13 et une tôle cylindrique extérieure 14. L'épaisseur de béton intérieure 10 délimite le volume de stockage de la cuve 1, contenant le fluide 15 ; le conduit 6 a son point de départ à la base de ce volume de stockage pour amener le fluide à chauffer aux capteurs solaires 3, et le conduit 7 aboutit au sommet de ce volume de stockage pour y ramener le fluide chauffé par les capteurs 3. Une pompe à vide 16 est reliée, par l'intermédiaire d'un conduit 17 traversant l'épaisseur de béton extérieure 11, à la structure isolante 12, de manière à pouvoir en évacuer l'air. Le fonctionnement de la pompe à vide 16 peut être commandé à partir d'une sonde de température intérieure 18 et d'une sonde de température extérieure 19. Lorsqu'un vide poussé est créé entre les tôles 13 et 14 dans l'âme centrale 12, par aspiration et évacuation de l'air au moyen de la pompe 16, la cuve 1 réalise un accumulateur de chaleur utilisant le fluide 15 chauffé dans les capteurs solaires 3 et stocké dans le volume délimité par l'épaisseur de béton intérieure 10. Cette fonction de stockage d'énergie est d'autant mieux assurée que l'isolation par le vide est particulièrement efficace. La restitution de l'énergie calorifique, vers les pièces d'habitation de la maison 2 qui entourent la cuve 1, est obtenue en laissant entrer de l'air dans l'âme centrale 12 entre les tales 13 et 14, ce qui rompt l'isolation et rend la paroi de la cuve plus ou moins fortement conductrice de la chaleur. La régulation s'effectue par variation du taux de vide ou de la pression de l'air admis dans la structure en "nid d'abeille", en fonction des informations fournies par les sondes de température 18 et 19. Les calories du fluide 15 sont ainsi transférées directement vers l'extérieur, d'une manière contrtlée, pour chauffer les pièces de la maison 2. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif pour le stockage et la restitution d'énergie calorifique, constituant un élément porteur de bâtiment, qui a été décrite ci-dessus à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention : en modifiant la nature du fluide admis dans liâme centrale de la paroi de la cuve pour obtenir une conduction thermique, ou en chauffant le fluide stocké par des moyens autres que des capteurs solaires, ou encore en utilisant la cuve non pas comme élément porteur unique d'un bâtiment mais en combinaison avec d'autres cuves similaires constituant chacune un pilier porteur, ce qui permet l'application de l'invention à des bâtiments de dimensions plus importantes. REVENDICATIONS 1. - Procédé pour le stockage et la restitution d'énergie calorifique, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à accumuler un fluide chaud (15) dans une cuve (1) ou un réservoir à paroi isolante, et à restituer l'énergie calorifique de ce fluide (15), directement au travers de la paroi de la cuve (1) ou du réservoir, en faisant varier le degré d'isolation thermique de cette paroi. 2. - Procédé pour le stockage et la restitution d'énergie calorifique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cuve (1) ou le réservoir précité participe en outre à la stabilité d'un bâtiment (2) dont il assure les fonctions thermiques. 3. - Procédé pour le stockage et la restitution d'énergie calorifique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la variation du degré d'isolation de la paroi de la cuve (1) ou du réservoir, en vue de la restitution de la chaleur du fluide stocké (15), est obtenue en réalisant l'isolation de cette paroi par le vide et en faisant varier le taux de vide dans ladite paroi. 4. - Procédé pour le stockage et la restitution d'énergie calorifique selon la revendication -3, caractérisé en ce que la variation du degré d'isolation de la paroi de la cuve (1) est obtenue à la fois par variation du taux de vide dans cette paroi et par injection d'un fluide, gazeux ou autre, dans la même paroi et variation du taux de pression de ce fluide. 5. - Dispositif pour le stockage et la restitution d'énergie calorifique, constituant un élément porteur de bâtiment, destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'ensemble des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement une cuve cylindrique (1) d'axe vertical avec une paroi en béton intérieure (10) et une paroi en béton extérieure (11) séparées par une âme centrale isolante (12), la paroi en béton intérieure (10) délimitant un volume de stockage de fluide (15) relié à un circuit de chauffage (3 à 9) de ce fluide, et l'âme centrale (12) étant reliée à des moyens (16 à 19) capables de créer le vide à l'intérieur de cette âme centrale (12), et de faire varier le taux de vide. 6. - Dispositif pour le stockage et la restitution d'énergie calorifique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'âme centrale isolante (12), séparant les deux épaisseurs de béton coaxiales (10,11) de la cuve (1), est une structure alvéolaire en "nid d'abeille", avec cellules communicantes,- délimitée par une tdle cylindrique intérieure (13) et par une tôle cylindrique extérieure (14). 7. - Dispositif pour le stockage et la restitution d'énergie calorifique selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le sommet et la base du volume de stockage de fluide (15) de la cuve (1) sont raccordés à un circuit (6 à 9) de chauffage de ce fluide au moyen de capteurs solaires (3). 8. - Dispositif pour le stockage et la restitution d'énergie calorifique selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la cuve (1) constitue l'élément porteur central unique d'un bâtiment (2) pour lequel elle stocke et auquel elle restitue de l'énergie calorifique. 9. - Dispositif pour le stockage et la restitution d'énergie calorifique selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que la cuve (1) est utilisée en combinaison avec d'autres cuves similaires, chaque cuve (1) constituant un pilier porteur du bâtiment pour lequel elle stocke et auquel elle restitue de l'énergie calorifique.