Brevet FR2524124A1 — publié le 19830930

La présente invention concerne un procédé de sto- ckage et de 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 élé- ment porteur de bâtiment. La demande de brevet français Na 79 12518 du 10 Mai 1979, publiée sous le N O 2 456 175, au nom de la Société Demanderesse, décrit déjà un système de construction par composants permettant la réalisation de l'ossature princi- pale d'un édifice ou d'un ensemble d'édifices, et contri- buant à l'intégration de solutions apportées à la thermi- que 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 ver- tical, connectés au circuit parcouru par le fluide de chauffage, et constituant des piles porteuses de l'ossa- ture du bâtiment, ces cuves cylindriques assurant d'autant mieux leur fonction statique qu'elles sont généralement remplies, presque complètement, 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'être rappelée, et il permet dans ce cas d'obtenir à la fois une excellen- te 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 habitables 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 -2- objet un procédé de stockage et de 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 en le faisant circuler dans l'épaisseur de la paroi de la même cuve ou du même réservoir Une seule et même structure, dite "cuve" ou "réservoir", 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. L'invention a aussi pour objet un dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique, consti- tuant un élément porteur de bâtiment, ce dispositif com- prenant essentiellement une cuve cylindrique d'axe verti- cal 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 sto- ckage de fluide relié à un circuit de chauffage de ce fluide, et la paroi en béton extérieure incluant au moins une tuyauterie de restitution d'énergie calorifique, ayant ses extrémités reliées à l'intérieur du volume de stocka- ge précité et associée à des moyens de commande et de contrôle de la circulation du fluide dans ladite tuyaute- rie. Lorsque le fluide ne circule pas dans la tuyauterie de restitution, réalisable sous la forme d'un serpentin relié au sommet et à la base du volume de stockage, la cuve joue un rôle passif d'accumulation d'énergie calori- fique, les déperditions thermiques étant de préférence minimisées en créant le vide dans l'âme centrale qui sépare les deux épaisseurs de béton concentriques Lors- que le fluide circule dans la tuyauterie et "irrigue" -3 ainsi l'épaisseur de béton située à l'extérieur de l'âme centrale isolante, les calories accumulées par ce fluide peuvent être restituées à l'extérieur, la cuve se compor- tant 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 Il est à noter que grâce à l'isolation, cette cuve tout en assurant le transfert de calories vers l'extérieur continue de jouer le rôle d'accumulateur de chaleur avec le fluide qui reste dans le volume de stocka- ge interne, la présence de ce fluide s'il est hydraulique contribuant par ailleurs à la stabilité de la cuve et, par conséquent, du bâtiment dont cette cuve constitue l'élément porteur. Le transfert des calories vers l'extérieur peut être contrôlé et régulé de façon simple en intervenant sur le débit de fluide circulant dans la ou les tuyauteries de restitution, noyées dans l'épaisseur de la paroi en béton extérieure Un moyen de régulation complémentaire du transfert des calories vers l'extérieur consiste à modifier le degré d'isolation de la cuve, par variation du taux de vide dans l'âme centrale qui sépare les deux épaisseurs de béton. 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 de sto- ckage et de restitution d'énergie calorifique, constituant un élément porteur de bâtiment: Figure 1 est une vue en perspective, très schémati- que, d'une maison à chauffage solaire bâtie autour d'un dispositif de stockage et de restitution d'énergie calori- fique selon l'invention, 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 res- titution d'énergie calorifique. -4- Comme le montre la figure 1, le dispositif objet de l'invention comprend essentiellement une cuve cylindri- que 1, mise en place sur le sol avec son axe en position verticale, cette cuve 1 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 Un premier conduit 6 part de la partie inférieure de la cuve 1 pour aboutir au collecteur 4, et un autre con- duit 7 part du collecteur supérieur 5 pour aboutir à la partie supérieure de la cuve 1, cette cuve pouvant ainsi 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 3 comprend encore une pompe de circulation 8 et un clapet anti-retour 9. La cuve 1 elle-même est constituée par deux épais- seurs 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" délimitée par une tôle cylindrique intérieure 13 et par 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 rame- ner le fluide chauffé par les capteurs 3. Dans l'épaisseur de béton extérieure 11 est inclus un serpentin 16, qui s'étend à la fois dans la partie supérieure et dans la paroi latérale de la cuve 1 L'ex- trémité supérieure du serpentin 16 est reliée par un conduit de départ 17 au sommet du volume de stockage con- tenant le fluide 15, et l'extrémité inférieure du serpen- tin 16 est reliée par un conduit de retour 18 à la base de ce volume de stockage Sur le conduit de départ 17 - -5- est intercalée une pompe de circulation 19, dont le fonctionnement peut être commandé à partir d'une sonde de température 20. La cuve 1, construite comme décrit précédemment, réalise un accumulateur de chaleur utilisant le fluide chauffé dans les capteurs solaires 3 et stocké dans le volume délimité par l'épaisseur de béton intérieure Cette fonction de stockage d'énergie calorifique est d'autant mieux assurée que l'isolation est parfaite, et dans ce but on crée de préférence le vide dans la structu- re alvéolaire en "nid d'abeille" de l'âme centrale 12. La restitution de l'énergie calorifique, vers les pièces d'habitation de la maison 2 qui entourent la cuve 1, est obtenue par la mise en marche de la pompe 19, laquelle fait circuler un débit de fluide dans le serpen- tin 16, ce fluide étant prélevé par le conduit 17 au som- met du volume de stockage, et ramené par le conduit 18 à la base du volume de stockage L'épaisseur de béton extérieure 11 est ainsi "irriguée" par le fluide, et les calories de ce fluide sont directement transférées à l'extérieur, 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 de stockage et de 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 contenu dans la cuve et circulant dans sa paroi, le fluide pou- vant être liquide ou gazeux, ou en chauffant ce fluide 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'autre cuves similaires constituant chacune un pilier porteur, ce qui permet l'application de l'invention à des bâtiments de dimensions plus importantes. REUENDICATIONS 1 Procédé de stockage et de restitution d'énergie calorifique, caractérisé en ce qu'il consiste essentiel- lement 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) en le faisant circuler dans l'épaisseur ( 11) de la paroi de la même cuve ( 1) ou du même réservoir. 2 Procédé de stockage et de 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 fonc- tions thermiques. 3 Dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique, constituant un élément porteur de bâtiment, destiné à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, 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 iso- lante ( 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 la paroi en béton extérieure ( 11) incluant au moins une tuyauterie ( 16) de restitution d'énergie calorifique, ayant ses extrémités ( 17,18) reliées à l'intérieur du volume de stockage préci- té et associéeà des moyens de commande ( 19) et de contrôle ( 20) de la circulation du fluide dans ladite tuyauterie ( 16). 4 - Dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique selon la revendication 3, caracté- risé en ce que l'isolation thermique de la cuve ( 1) est réalisée en créant le vide dans l'âme centrale ( 12) qui sépare les deux épaisseurs de béton concentriques ( 10, 11). Dispositif de stockage et de restitution d'éner- gie calorifique selon la revendication 4, caractérisée en -7- 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" délimité par une tôle cylindrique intérieure ( 13) et par une tôle cylindrique extérieure ( 14). 6 Dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique selon l'une quelconque des revendi- cations 3 à 5, caractérisé en ce que la tuyauterie de restitution, incluse dans la paroi en béton extérieure ( 11) est réalisée sous la forme d'un serpentin ( 16) qui s'étend à la fois dans la partie supérieure et dans la paroi latérale de la cuve ( 1), et qui a ses extrémités reliées au sommet et à la base du volume de stockage de fluide ( 15). 7 Dispositif de stockage et de restitution d'énergie calorifique selon l'une quelconque des revendi- cations 3 à 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 de stockage et de restitution d'énergie calorifique selon l'une quelconque des revendi- cations 3 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 de stockage et de restitution d'énergie calorifique selon l'une quelconque des revendi- cations 3 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'éner- gie calorifique.