Brevet FR2742218A1 — publié le 19970613

La présente invention conceme un dispositif de stockage mobile de chaleur ou de froid permettant de distribuer à distance une énergie thermique ou frigorifique sur un site éloigné de la centrale de production. On connaît déjà des installations de distribution de chaleur et de froid au départ de centrales thermiques et frigorifiques alimentant un réseau urbain d'utilisateurs par des tuyauteries (centrales de la Défense, Paris, Lyon, ainsi que dans de très nombreuses villes aux Etats-Unis, en Grande Bretagne etc...). Ces centrales présentent un certain nombre d'inconvénients comme l'utilisation de surfaces coûteuses et difficiles à acquérir du fait devur situation généralement en centre ville, que ce soit en sous-sol ou en terrasse d'un bâtiment. Par ailleurs l'activité, industrielle qui en résulte engendre des pollutions diverses en zone critique : esthétiques, acoustiques, thermiques (rejets de chaleur dans l'air ou l'eau des fleuves), fumées (chaudières ou tours de refroidissement) et aux risques industriels qui en découlent. De telles installations doivent enfin être réparties en sous-stations à plusieurs endroits du réseau pour compenser les déperditions et permettre une régularité de la distribution. C'est d'une manière générale un but de l'invention de permettre ces relais thermiques, en remplaçant ces centrales de production fixes par des stodages mobiles, fluviaux de préférence, mais aussi ferroviaires ou routiers. La production thermique (chaud ou froid), s'effectue à la périphérie des zones denses critiques par des moyens traditionnels, en utilisant toutes les techniques de stockage possibles. Elle s'effectue en dehors du lieu même de l'utilisation et de l'instant où elle est requise, à des heures de tarification électrique les plus avantageuses et en étalant cette production sur une durée plus importante, réduisant ainsi la puissance électrique souscrite. La distribution est assurée par voie fluviale par des barges ou péniches, wagons de chemin de fer, camions, en vrac ou en containers, spécialement équipés pour permettre leur raccordement à la station de production et au poste d'utilisation. Les barges ou péniches permettent d'accéder en centre ville, ou sur un site quelconque, avec un transport économique et sans pollution d'aucune sorte. Leur niveau de flottaison est très bas sur l'eau sans protubérance inesthétique. Aucune pollution n'est générée. Pour les sites les plus proches du fleuve, I'invention offre une indépendance et une altemative au réseau de distribution de chaleur alimenté par centrales thermiques. La foumiture ainsi réalisée permet aussi bien de satisfaire: -la totalité des besoins d'un utilisateur, -le surplus temporaire de besoin à certaines heures critiques en pointe dans la joumée. -un secours rapide et fiable. L'intérêt du procédé permet en outre de: - Installer les productions de chaleur, de froid et les séroréfngérants en dehors des villes - Pas de locaux techniques en zone urbaine (coût au m2 et danger). - Pas de panaches de vapeur - Groupe frigorifiques proches des centrales électriques pouvant bénéficier des mêmes refroidisseurs - Pertes en réseau limitées - Fluide frigorigène NH3 = effet de serre direct nul et coefficient de performance plus élevé - Valorisation des voies fluviales L'invention permet le développement d'une nouvelle voie de communication et d'une activité de batellerie. Les transports ferroviaires ou routiers permettent d'accéder â des zones éloignées des voies d'eau et généralement pour des besoins plus modestes du fait de leur poids, et peuvent s'associer entre eux et se compléter. L'originalité du dispositif permet d'associer des techniques éprouvées de transport et de production thermique, pour conjuguer leurs avantages économiques et écologiques et satisfaire un besoin réel d'actualité. L'invention sera bien comprise par la description qui suit faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est un schéma d'une installation selon l'invention comportant un seul échangeur et représentée en phase de stockage sur le site de production. La figure 2 est un schéma d'une installation selon l'invention comportant un seul échangeur et représentée en phase de déstockage sur le site d'utilisation. La figure 3 est une variante de l'invention comportant un stockage de glace en vrac. La figure 4 est une variante de l'invention comportant deux échangeurs distincts pour le stockage et le déstockage La figure 5 est une variante comportant un échangeur pour le stockage et une circulation directe pour le déstockage La figure 6 est une variante de l'invention dans laquelle ie stockage est chimique. Les figures ont été représentées pour une application à la distribution fluviale et pour la distribution de froid, il est bien évident que l'invention s'applique aux autres modes de transport et à la distribution de chaleur en utilisant par exemple de la paraffine à la place de l'eau. Dans la descriptign qui suit, nous nAs contenterons de décrire le système en production et utilisation du froid, pour le chaud ce sera exactement l'inverse. Une installation selon l'invention figures 1 et 2 comporte une caisse (10) telle une barge ou péniche, comportant une isolation thermique (13). La barge circule sur une voie fluviale (11), elle comporte un échangeur (9) immergé dans un bac comportant un liquide à changement de phase liquide /solide (12) tel l'eau. Cet échangeur est relié par deux tuyauteries aux dispositifs de raccordement (7) et (8). L'échangeur (9) est constitué d'un ensemble de tuyauteries en métal ou en plastique réparties judicieusement dans le bac de stockage et autour desquelles se formera la glace; il pourra également etre constitué de plaques verticales parallèles comportant chacune un circuit intégré et reliées entre elles, chaque plaque étant éloignée de sa voisine de l'ordre de 5 à 10 cm.Dans la phase de stockage, figure 1, la barge est amarrée au site de production, les raccordements (7) et (8) peuvent être des vannes d'arrêt ou des raccords automatiques, ils sont reliés aux raccordements respectifs (4) et (5) . Un moyen de circulation (2) permet par l'intermédiaire des tuyauteries (3) et (6) de faire circuler un fluide refroidisseur tel de l'eau glycolée ou un fluide frigorigène à changement de phase liquide/gaz entre la centrale frigorifique (1) et l'échangeur (9). L'eau contenue dans la barge va petit à petit se solidifier en glace autour de l'échangeur (9). Une fois toute l'eau gelée, la phase stockage est terminée. La barge est alors déconnectée au site de production de froid, les raccordements (7) et (8) sont donc désaccouplés des raccordements (4) et (5) , et la péniche peut alors appareiller pour se diriger vers le site d'utilisation. Celui est représenté figure 2, où la barge accoste et où l'on raccorde les connections (7) et (8) aux raccords respectifs (14) et (15). Deux tuyauteries (16) et (17) et un moyen de circulation (18) mettent l'échangeur (9) en relation d'échange thermique avec un réseau d'utilisation de froid (20) et (21) . Un échangeur éventuel (19) permet de séparer les circuits.Dans cette phase de déstockage, de l'eau glacée est produite dans l'échangeur (9) en faisant fondre la glace (12), cette production de froid est distribuée vers l'utilisation jusqu'à fonte totale de la glace contenue dans la barge. II convient alors de déconnectée la péniche au site d'utilisation pour la faire à nouveau naviguer vers le site de stockage. La figure 3 représente une autre réalisation de péniche ou barge dans lequel le stockage de glace (ou d'eau additionnée de glace, tel un sorbet) s'effectue en vrac dans la cale. La barge est alors remplie de glace par des moyens mécaniques sur le site de production de froid. Cette solution permet de - raccorder que peu de temps la péniche au centre de production, car la glace aura été stockée auparavant dans des silos placés sur la berge par exemple. Une fois remplie de glace, la péniche navigue vers le site d'utilisation, où les raccords (25) et (26) jouent le rôle des raccords (7) et (8) décrus figure 2 à laquelle nous nous référons.La pompe (18) envoie alors de l'eau à environ 5"C dans le sorbet (12) par l'intermédiaire de la tuyauterie (27), après avoir traversé le bac, I'eau s'est refroidie et est reprise à une température proche de 00C par la tuyauterie (28) pour etre distribuée vers l'utilisation. La figure 4 est une variante de réalisation du stockage avec deux échangeurs distincts (34) et (35), le second étant affecté au stockage sur le site de production, le premier au déstockage sur le site d'utilisation. Cette technique permet de ne pas nécessiter d'échangeur (19) en phase de déstockage (I'échangeur (34) jouant ce rôle) et autorise le fonctionnement en détente directe dans l'échangeur (35) en phase stockage. Les deux échangeurs seront de préférence en contact thermique direct entre eux, tel par exemple deux circuits d'une même plaque (ou d'un ensemble).Les raccords (30) et (33) sont mis en relation sur le site de stockage avec les raccords (4) et (5); Les raccords (31) et (32) sont mis en relation sur le site d'utilisation avec les raccords (14) et (15); La figure 5 est aussi une variante de réalisation du stockage avec un seul échangeur (35) destiné au stockage de glace, le déstockage s'effectuant par circulation directe d'eau, sur le site d'utilisation, par l'intermédiaire des raccordements (36) et (37) qui sont en relation avec les raccords (14) et (15) du site d'utilisation. Les raccords (30) et (33) sont mis en relation sur le site de stockage avec les raccords (4) et (5). La figure 6 correspond à un autre concept de stockage de froid ou de chaleur puisqu'il fait appel à la sorption chimique. Le système comprend alors au moins deux réacteurs chimiques (45)et (46) comprenant chacun un réactif composé d'un sel d'un liant et d'un échangeur thermique (44) et (47). Les deux réacteurs sont mis en relation par l'intermédiaire d'une vanne (48). En phase stockage de froid, le réacteur (45) est régénéré par une source de chaleur raccordée à l'échangeur (44) par l'intermédiaire des raccords (40) et (41). La chaleur provoque la décomposition du réactif contenu dans le réacteur (45) (du Minci2 par exemple) I'ammoniacate libére l'ammoniac contenu qui se dirige alors vers le réacteur (46) en passant par la vanne (48).L'ammoniac réagit alors chimiquement avec le réactif du réacteur (46) ( du CaCI2 par exemple) la réaction étant exothermique, la chaleur sera évacuée par l'échangeur (47) soit directement à la rivière par un d'-positif à écoulement naturel ou par pompe, soit vers tout autre milieu. Une fois la régénération du réacteur terminée, la vanne (48) est alors fermée et le réacteur (45) refroidi.La péniche est ensuite transportée vers le site d'utilisation .En phase de déstockage, les raccords (42) et (43) sont mis en relation avec les raccords (14) et (ils), la vanne (48) est à nouveau ouverte, les écarts à l'équilibre entre les deux sels font que le réactif du réacteur (46) se décompose suite à l'effet de l'eau à environ 10"C pénétrant par le raccord (42), I'eau se refroidit alors pour sortir à 5"C par le raccord (43) vers l'utilisation; dans un même temps l'ammoniac est délié du réactif (46) et se dirige vers le réacteur (45) où il entre en réaction avec le Minci2 la chaleur de réaction est alors évacuée par l'échangeur (44) et les raccords (40) et (41), soit directement à la rivière par un dispositif à écoulement naturel ou par pompe, soit vers tout autre milieu. II est à remarquer que le dispositif de froid chimique peut aussi être utilisé en pompe à chaleur, sur le site d'utilisation l'un des réacteurs puisera sa chaleur de réaction à b rivière avec laquelle il est en relation d'échange thermique direct, et l'ammoniac dégagé réagira alors avec l'autre réacteur qui est alors en relation d'échange thermique avec l'utilisation. L'inverse se produira sur le site de production. L'invention permet de nombreuses applications tant en utilisation de chaleur que de froid. II convient de prévoir un site de production en dehors des zones urbaines et l'utilisation en zone urbaine; Par exemple pour la ville de Paris des points de production sont possibles en bordure de Seine à plusieurs kilomètres de Paris, soit à moins d'une heure d'accès (25 km/h) par voie fluviale, et les utilisateurs potentiels ne manquent pas comme La Défense, le réseau Climespace dans Paris, le ministère des finances, la grande bibliothèque, Bercy, la Maison de la Radio, pour lesquels l'invention permet d'assurer un complément économique ou un secours. La position des sites de productions fngorifiques permettra plusieurs rotations par jour.Plusieurs amarrages possibles pour les barges autoriseront l'alimentation de secteurs utilisateurs de grosses puissances frigonfiques pour des besoins de climatisation. Les navires voguant sur la Seine ont des capacités allant de 600 à 2600 tonnes et un volume utile de chargement allant jusqu'à 4000 m3 Le stock énergétique de 2600 tonnes de glace est de 264 Mwh de froid. A titre indicatif, quatre navires par jour seront à même d'assurer la climatisation de l'ensemble de la zone urbaine de La Défense, le jour le plus chaud de l'été. L'invention s'applique aussi bien en France qu'à l'étranger où la quasi totalité des grandes villes ou capitales sont traversées par de grands fleuves ou en bordure de la mer, comme tpur l'Exposition Universelle de Lisbonne en 1998, les réseaux de distribution de chaleur à Chicago, et New York, Hong Kong, Saigon, Londres à etc où les mêmes problèmes qu'à Paris, se posent également. La présente invention est d'une manière générale applicable sur tous les sites munis d'un réseau de transport fluvial, maritime, ferroviaire , routier ou autre, partout où l'installation d'une centrale thermique ou frigorifique soulève des difficultés techniques, réglementaires ou environnementales. REVENDICATIONS 1. Dispositif de stockage mobile de chaleur ou de froid caractérisé en ce que la production de chaleur ou de froid se situe sur un site éloigné de celui d'utilisation de cette chaleur ou de ce froid, et qu'il comprend les moyens de raccordement permettant le stockage et le déstockage. 2. Installation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit dispositif est une péniche ou barge comportant les moyens d'isolation thermique du stockage. 3. Installation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dit dispositif est un camion, semi-remorque, wagon, caisse mobile, j autre moyen de transport routier, ferroviaire, fluvial, maritime ou aérien. 4. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le dispositif comporte au moins un échangeur thermique destiné à mettre le dispositif en relation d'échange thermique avec la production et ou l'utilisation. 5. Installation selon la revendication 4 caractérisé en ce que le ou les échangeurs sont constitués de tubes ou de plaques parallèles reliés entre eux par des collecteurs. 6. Installation selon les revendications 4 ou 5 caractérisée en ce que le ou les échangeurs sont immergés dans un bac contenant de la glace et que leur rôle est de former ou de faire fondre cette glace. 7. Installation selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que le déstockage s'effectue par circulation directe d'eau dans le dispositif. 8. Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le fluide permettant le stockage et le déstockage est placé dans un bac et utilise le changement de phase liquide/ solide. 9. Installation selon la revendication 4 caractérisée en ce que chaque plaque est à double circuit, I'un destiné au stockage, L'autre au déstockage. 10.1nstallation selon la revendication 1 caractérisée en ce que stockage de chaleur et ou de froid s'effectue par réaction chimique solide / gaz et que le dispositif comprend au moins deux réacteurs, ou un réacteur double, comportant chacun un réactif. il Installation selon la revendication 10 caractérisée en ce que le système de refroidissement et ou de prélèvement de chaleur du ou des réacteur(s) est en relation directe d'échange thermique avec la rivière.