Brevet FR2609536A1 — publié le 19880715

La présente invention est relative a un corps de remplissage, conçu de façon à contenir un agent de stockage d'énergie frigorifique ou calorifique présentant une forte chaleur latente de fusion, et mis en oeuvre dans une installation de stockage d'énergie. On connaît des installations qui nécessitent la mise en place d'une production de calories ou de frigo- ries en quantités variables pendant une période donnée, ces installations étant conçues de manière à réduire, dans des proportions très importantes, la puissance des appareils destinés à produire les calories et/ou les frigories. Un exemple d'une telle installation est décrit, en particulier, dans le brevet français N 79 28 315, déposé le 16 novembre 1979 par Monsieur Jean PATRY, pour "Perfectionnements apportés aux installations frigorifiques". Dans de telles installations, on met en oeuvre des systèmes de stockage des calories et/ou des frigories produites, celles-ci étant redistribuées en fonction des besoins, la capacité de stockage étant choisie de manière que l'installation puisse fournir instantanément la puis- sance maximale exigée par les charges de l'installation. On connaît, en outre, de nombreux corps de remplissage pour installations destinées à stocker de l'énergie calorifique ou frigorifique, ces corps de remplissage contenant un matériau à changement de phase. Apres avoir étudié avec soin les documents antérieurs se rapportant à l'état de la technique indi- quée ci-dessus, on peut en déduire qu'il existe trois types de corps de remplissage du matériau à changement de phase, à savoir: a) un corps de remplissage de préférence totale- ment rempli de l'agent de stockage et possédant une structure flexible pour absorber les variations de volume consécutives au changement de volume de l'agent de e lors de son changement de phase. stockage lors de son changement de phase. Un tel exemple est, par exemple, décrit dans le US - A - 2 525 261. b) un corps de remplissage de préférence totale- ment rempli de l'agent de stockage et possédant une structure élastique pour absorber les variations de volume consécutives au changement de volume de l'agent de stockage lors de son changement de phase. Un exemple d'un tel corps de remplissage est exposé, par exemple, dans le FR - A 1 104 400. c) un corps de remplissage partiellement rempli de l'agent de stockage, et possédant généralement une structure rigide; c'est l'espace libre de gaz ou d'air qui dans ce cas est chargé, par compression, d'absorber l'accroissement du volume consécutif au changement de volume de l'agent de stockage lors de son changement de phase. On trouve une description de ce corps de remplis- sage, par exemple, dans le US - A - 4 205 656. Il s'agit dans tous ces cas d'encapsuler un matériau à changement de phase (eau, hydrate salin, paraffine, etc.) dans une enveloppe pour stocker la chaleur ou du froid par exploitation de la chaleur latente de fusion. De par ses qualités de symétrie, la forme sphérique de l'enveloppe devant contenir le matériau à changement de phase est de loin la plus répandue. De plus, la mise en vrac de ces capsules sphéri- ques dans une cuve présente une mise en oeuvre simple, un - bon coefficient de remplissage de la cuve et une bonne circulation du produit caloporteur qui doit effectuer le transfert de chaleur. Les qualités thermiques de ce type de stockage se mesurent par la puissance d'échange entre le matériau à changement de phase et le caloporteur dans lequel baigne la capsule. Pour un matériau à changement de phase donné et un écart de température entre le matériau à changement de phase et le caloporteur donné, la puissance d'échange est: - proportionnelle à la conductibilité thermique des maté- riaux en présence \. - inversement proportionnelle à l'épaisseur des corps ou matériaux à traverser e - proportionnelle à la surface d'échange entre le matériau à changement de phase et le caloporteur S P = f ( i, 1, S) e L'objectif technico-économique visé consiste alors à rechercher le meilleur compromis (?,1, S) au meilleur coût. Certaines solutions connues ont porté sur la conductibilité thermique des matériaux employés pour la réalisation de la sphère mais, si l'acier a une bonne conductibilité thermique, son coût est élevé; lorsque l'on emploie une matière plastique, la conductibilité thermique est faible et le prix de revient l'est également; et, lorsqu'on utilise un compromis constitué de matière plastique incorporant des particules métalliques, on obtient une conductibilité thermique moyenne a un prix de revient plus élevé. D'autres solutions ont consisté à réaliser des enveloppes contenant des inscrits en creux sur tout ou partie de la sphère afin de réduire l'épaisseur e à traver- ser pour augmenter la vitesse de cristallisation du matériau à changement de phase. Mais là encore on s'est heurté à des difficultés car le fond des inscrits en se déformant s'étire et s'amin- cit et provoque des zones de rupture et une détérioration des enveloppes. Il existe également des sphères à poches d'air afin d'absorber la dilatation du matériau à changement de phase sans éclatement de l'enveloppe mais là encore le rendement est moindre du fait de la poche d'air et de l'épaisseur plus grande de l'enveloppe qui doit être rigide. Aucune des solutions antérieures n'a donc donné satisfaction. C'est pourquoi, la présente invention tend définir un corps de remplissage de préférence totalement rempli de l'agent de stockage et présentant une structure mince et flexible pour absorber les variations de volume consécutives au changement de volume de l'agent de stockage lors de son changement de phase. En conséquence, la présente invention propose un corps de remplissage à structure flexible dont la forme géométrique est telle que sa seule flexibilité est requise pour en augmenter le volume. On comprend que ceci est essentiel et déterminant pour obtenir une réalisation de qualité, en particulier lorsque l'enveloppe est réalisée en matière plastique. On sait en effet que, lorsque la matière plastique est soumise à l'étirement, les chaînes moléculaires les constituant s'écartent d'autant et permettent alors le transfert par osmose ou par différence de concentration. On sait aussi que le module d'élasticité des matières plastiques est faible et qu'un accroissement de pression interne au corps de remplissage résultant d'un accroisse- ment de volume de l'agent de stockage peut se traduire par un dépassement des limites d'élasticité de la matière constituant l'enveloppe de préférence dans sa partie la moins résistante, ce qui aurait pour conséquence une rapide détérioration de l'enveloppe. Conformément à l'invention, le corps de remplis- sage destiné à recevoir un agent de stockage d'énergie à forte chaleur latente de fusion-cristallisation, notam- ment de l'eau, pour une installation de stockage compre- nant une enceinte dans laquelle sont empilés lesdits corps de remplissage, l'enveloppe de chacun de ces corps de remplissage étant totalement remplie de l'agent de stockage et possédant une structure flexible, est carac- térisé en ce que: a) l'enveloppe ou corps qui le délimite est strictement flexible, cette seule propriété étant exploi- tée pour qu'à un accroissement du volume de l'agent de stockage consécutif à un changement de phase, corresponde simultanément un accroissement identique du volume in- terne de l'enveloppe, et en ce que b) cet accroissement de volume s'opère par l'inver- sion d'une préforme ou évidement concave en forme convexe laquelle forme présentant de préférence une parfaire symétrie par rapport à l'axe de l'inversion. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'inven- tion est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. La fig. 1 est une coupe diamétrale du corps de remplissage contenant le matériau à changement de phase. La fig. 2 est une vue extérieure du corps de remplissage mais décalée de 90 par rapport à la fig. 1. A la fig. 1, on a représenté un corps ou enve- loppe 1 de forme sensiblement sphérique à parois minces 2 d'épaisseur constante présentant dans sa zone sphérique une valve circulaire 3 fermée hermétiquement, après remplissage par le matériau à changement de phase, par un capuchon 4. De plus, le corps 1 présente des évidements 5 qui sont des calottes sphériques circulaires inversées dont le rayon de courbure concave est égal au rayon de cour- bure convexe de la paroi de la sphère formant le corps 1. En général, il est prévu huit évidements 5 sur l'ex- térieur de la sphère constituant le corps 1, ces évide- ments 5 étant disposés à 120 ou à 90 les uns par rap- port aux autres dans le plan horizontal passant par le centre de la sphère et décalés de 45 les uns par rapport aux autres dans le plan vertical passant par le centre de la sphère. Le volume inscrit en creux par ces évidements par rapport au volume de la sphère parfaite est au moins égal à l'accroissement de volume de l'agent de stockage lors de son changement de phase. Ainsi, lorsque l'agent de stockage change d'état, l'accroissement de pression interne consécutif à ce changement a pour effet de pousser sur les évidements ou calottes sphériques 5 qui progressivement se retournent en libérant le volume d'expansion nécessaire. On voit bien dans cet exemple de réalisation que c'est la seule flexibilité de la paroi qui est exploitée pour obtenir un accroissement de volume et que la matière constituant l'enveloppe n'est jamais ni étirée, ni con- trainte. L'augmentation du nombre des calottes sphériques inscrites en creux sur le corps de la sphère a pour effet: a) de réduire d'autant l'amplitude de la flexion requise; b) de mieux répartir l'accroissement de volume sur la surface de l'enveloppe. Ainsi, la réalisation sera d'une qualité d'autant plus grande que le nombre des calottes sera important. Comme il a déjà été indiqué ci-dessus, l'agent de stockage des calories ou des frigories peut être de l'eau, un hydrate salin, de la paraffine, etc. qui est introduit à l'état liquide dans le corps sphérique 1. Dès que le remplissage est terminé, on met en place le capu- chon 4 fermant d'une manière étanche le corps sphérique. Revendications 1 - Corps de remplissage destiné à recevoir un agent de stockage d'énergie à forte chaleur latente de fusion-cristallisation, notamment de l'eau, pour une installation de stockage comprenant une enceinte dans laquelle sont empilés lesdits corps de remplissage, l'enveloppe de chacun de ces corps de remplissage étant totalement remplie de l'agent de stockage et possédant une structure flexible, caractérisé en ce que a) l'enveloppe ou corps (1) qui le délimite est strictement flexible, cette seule propriété étant exploi- tée pour qu'à un accroissement du volume de l'agent de stockage consécutif à un changement de phase, corresponde simultanément un accroissement identique du volume interne de l'enveloppe, et en ce que b) cet accroissement de volume s'opère par l'inversion d'une préforme ou évidement (5) concave en forme convexe, laquelle forme présentant de préférence une parfaite symétrie par rapport à l'axe de l'inversion. 2 - Corps de remplissage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accroissement interne du volume je l'enveloppe (1) s'effectue sans aucun étire.ent ni aucune compression de la matière constituant l'enveloppe. 3 - Corps de remplissage selon l'une des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que le volume interne de l'enveloppe (1) peut augmenter sans que la surface de cette enveloppe augmente. 4 - Corps de remplissage selon l'une des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que l'enveloppe (1) de forme sphérique comporte, lorsque l'agent est en phase liquide, des évidements circulaires (5) inscrits en creux dont le rayon de courbure est égal au rayon de courbure de la sphère mais inversé, et en ce que le volume inscrit par ces évidements par rapport à la sphère parfaite est au moins égal au volume nécessaire à l'accroissement de volume de l'agent de stockage lorsqu'il change de phase, de façon à présenter la forme d'une sphère presque