Brevet FR2543273A1 — publié le 19840928

La présente invention est relative à un accumulateur de chaleur fonctionnant par changement d'état d'un fluide entre l'état liquide et l'état gazeux. I1 est connu que le changement d'état d'un corps met en jeu de grandes quantités de chaleur,bien supérieures à sa chaleur spécifique, et a des températures bien définies en fonction de la pression. Si on introduit un corps à l'état de vapeur dans une enceinte où il se condense, il cède une quantité d'énergie importante à cette enceinte, et cette énergie peut être restituée par l'opération inverse sans autres pertes que celles résultant des échanges de l'enceinte avec l'ex teneur. Une des raisons pour lesquelles cette technique susceptible de procurer des économies d'énergie s'est peu développée réside dans le fait que les phénomènes de condensation et d'évaporation sont relativement lents,les échanges de chaleur se faisant à travers une surface de contact entre phases liquide et vapeur d'extension limitée. La présente invention a pour but de fournir un accumulateur de chaleur fonctionnant par condensation et vaporisation d'un fluide condensable,comprenant un récipient fermé et des moyens pour y introduire ou en extraire ledit fluide, cet accumulateur ayant la propriété que' la vitesse à laquelle ledit fluide cède par condensation sa chaleur à l'enceinte est considérablement augmentée par rapport à l'art antérieur. Ce résultat est obtenu en prévoyant que le récipient contient une masse poreuse à surface spécifique supérieure à 500m2/m3. Suivant des modalités avantageuses de la présente invention: -la masse poreuse est en béton cellulaire, -la masse poreuse occupe 25 à 60% du volume du récipient et se trouve en dehors de la partie du récipient dans laquelle est stocké l'essentiel du fluide condensé -la masse poreuse est située au-dessus de la partie du récipient dans laquelle est stocké l'essentiel du fluide condensé, et en ce qu'il est prévu des moyens pour arroser la masse poreuse grâce à un recyclage du fluide condensé, - l'accumulateur comprend des moyens pour commander l'arrosage seulement quand la température du fluide condensé est inférieure à celle du fluide non condensé, - l'accumulateur est incorporé à une pompe à chaleur. L'invention va être décrite plus en détail à l'aide d'un exemple pratique, non limitatif, d'accumulateur de chaleur, fonctionnant à la vapeur d'eau, illustré à la figure jointe, qui est une coupe schématique de l'accumulateur. L'accumulateur représenté à la figure comprend une enceinte fermée 1, en acier, de forme cylindrique horizontale, dont la capacité est de 100 m3, ce chiffre tétant donné qu'à titre purement illustratif. L'enceinte est pourvue extérieurement d'un revêtement calorifuge 2. A l'intérieur de l'enceinte et vers sa partie supérieure, se trouve la masse poreuse 3 constituée de blocs de béton cellulaire d'une masse spécifique de 400 kg/m3 à l'état sec. Ce béton cellulaire présente une porosité de l'ordre de 80 % en volume, constituée de macropores de 0,5 à 1,5 mm de diamètre, interconnectés et dont la surface est elle-même tapissée de micropores. La surface spécifique de ce béton est estimée de 1000 à 4000 m2 par mètre cube. Il est possible de remplacer le béton cellulaire par une roche poreuse naturelle ou artificielle, de propriétés analogues. Le volume total de la masse poreuse est de 40 m3. Audessous de celle-ci se trouve un espace vide qui, en fonctionnement est occupé par une quantité variable de condensat 4. Un conduit 5 qui sert à l'arrivée et au départ de vapeur débouche à la partie supérieure de l'enceinte 1. Une rampe d'arrosage 6 est placée au-dessus de la masse poreuse 3, elle est alimentée par un circuit comprenant une conduite 7 qui debouche en partie basse de l'enceinte , c'est-à-dire dans le condensat 4 et une pompe de circulation 8, protégée par un filtre 9. L'enceinte 1 est en outre équipée d'un purgeur 10 pour les gaz non condensables, précédé d'un condenseur 11 qui limite les pertes de vapeur. L'enceinte est également équipée de moyens de vidange de vapeur 12 et de liquide 13, d'un trop plein pour le liquide 14 et d'une porte de visite 15 et d'une soupape de sécurité 16. La pompe 8 est reliée à un boitier de commande 17,luimême relié à deux capteurs de température 18,19 sensibles l'un à la température du condensat et l'autre à la température de la vapeur. Le fonctionnement de l'accumulateur est le suivant: Supposons qu'on commence par introduire de la vapeur à une température supérieure à celle qui règne dans l'enceinte. Grâce à la grande surface d'échange due aux alvéoles du matériau,de la masse poreuse 3,la vapeur qui vient à son contact se condense immédiatement et lui transmet son énergie calorifique. Cette transmission d'énergie a lieu tant que la température de la masse n' a pas atteint la température de la vapeur.D'autre part,la pompe a se met en service dès que la température de la couche basse de l'eau contenue dans le fond du récipient détectée par la sonde 18 est inférieure à la température de la vapeur dans la partie supérieure,de l'enceinte détectée par la sonde 19,ceci est nécessaire car, s'il n'y avait pas de circulation, seule,la surface de l'eau en contact avec la vapeur augmenterait en température,l'état du reste de l'eau ne changerait pas. L'eau mise en circulation par aspersion se réchauffe au contact de la vapeur et de la masse poreuse. Cette circulation durera tant que la vapeur aura une température supérieure à celle de l'eau au fond du récipient.Par contre,si la température de la vapeur est très légèrement inférieure à celle de l'eau,la pompe ne tourne pas. Inversement,lorsqu'on extrait de la vapeur du récipient, il se créé une baisse de pression et une partie de l'eau contenue dans la masse et dans le fond se revaporise instantanément pour recréer l'équilibre entre la température de la vapeur et la température de l'eau,qu'elle soit au fond ou dans la masse poreuse. On a établi qu'avec un accumulateur ayant les dimensions indiquées et fonctionnant entre 3 et 13 bars,il est possible d'envoyer à la condensation ou de récupérer des quantités de vapeur de l'ordre de ó tonnes e. un temps de l'ordre de 15 à 20 minutes soit des productions ou consommations avoisinant les 20 tonnes/heure. L'invention est donc particulièrement avantageuse pour toutes les installatIons qui ont des besoins importants de vapeur pendant des périodes relativement courtes mais répétées à des intervalles rapprochés. Bien entendu,comme on l'a déjà dit ,les indications numériques données n'ont qu'une valeur d'illustration et ne sauraient constituer une : limitation. Une autre application intéressante de l'invention réside dans le fait qu'on peut aisément coupler l'accumulateur avec une pompe à chaleur 20 de manière à avoir de l'énergie à un niveau thermique plus élevé et une quantité également plus importante. REVENDICATIONS l.Accumulateur de chaleur fonctionnant par condensation et vaporisation d'un fluide condensable,comprenant un récipient fermé et des moyens pour y introduire ou en extraire ledit fluide,caractérisé en ce que,pour augmenter la vitesse à laquelle le fluide cède sa chaleur au récipient par condensation,ce récipient contient une masse poreuse à surface spécifique supérieure à 500 mz/m3. 2.Accumulateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse poreuse (3) est en béton cellulaire. 3.Accumulateur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la masse poreuse occupe 25 à 60% du volume du récipient et se trouve en dehors de la partie du récipient dans laquelle est stocké l'essentiel du fluide condensé (4). 4.Accumulateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la masse poreuse est située au-dessus dela partie du récipient dans laquelle est stocké l'essentiel du fluide condensé (4),et en ce qu'il est prévu des moyens (6) pour arroser la masse poreuse grâce à un recyclage du fluide condense. 5.Accumulateur selon la revendication 4,caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour commander l'arrosage seulement quand la température du fluide condensé est inférieure à celle du fluide non condensé. 6.Accumulateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est incorporé à une pompe à chaleur.