Brevet FR3035193A1 — publié le 20161021

La présente invention concerne un dispositif de capture et de stockage inertiel de l'énergie solaire, permettant la valorisation de la chaleur issue de la concentration solaire. Les dispositifs de stockage inertiel existent déjà et utilisent traditionnellement des particules fluidisables ou un fluide contenu dans une enveloppe, ou bien une masse solide. Les principales difficultés rencontrées dans leur application industrielle se situent dans la diffusion homogène de la chaleur au sein de la masse inertielle et la limitation de la déperdition d'énergie pour une exploitation efficiente entre deux phases d'ensoleillement. Le dispositif selon l'invention est doté d'une masse inertielle composée d'une partie fluide (ou coeur fluide [4a]) et d'une partie solide (ou coeur solide [4b] et [4c]) réalisant une diffusion rapide et homogène de la chaleur au sein de celle-ci, ainsi que d'une carapace isolante renforcée, pouvant être refermée afin de préserver l'énergie captée. La masse inertielle et la carapace sont constituées d'éléments adaptés en fonction de l'application industrielle associée et de la température recherchée (supérieure à 600°C). Un ensemble de réflecteurs fixes ou animés dirigent un faisceau de rayonnement solaire concentré vers la carapace de la masse inertielle. La carapace est réfractaire, composite et renforcée et joue à la fois les rôles de contenant, d'échangeur thermique et d'isolant thermique : - Une paroi intérieure étanche joue le rôle de contenant de la masse inertielle, - La paroi intérieure est dotée d'une zone fixe dédiée à la réception du faisceau solaire concentré et permettant l'échange avec la masse inertielle, - Une paroi extérieure isolante permet de préserver l'énergie captée, - La paroi extérieure est dotée d'une partie mobile [6], qui peut être refermée sur la partie fixe [5], afin d'optimiser le stockage de la chaleur dès lors que le rayonnement solaire est insuffisant à l'apport d'énergie supplémentaire, - Une cheminée d'expansion pratiquée dans les parois intérieure et extérieure sert à absorber les variations dimensionnelles de la masse inertielle liées aux variations thermiques. Le coeur fluide est constitué d'un matériau variable, choisi pour ses qualités inertielles et sa température de fusion en fonction de l'application industrielle associée. Le coeur solide est constitué d'un matériau dense et très conducteur, permettant un transfert rapide de la chaleur. Les dimensions et la forme du coeur solide varient en fonction de l'application industrielle 30 associée, mais celui-ci comprend toujours : une semelle implantée sous une grande surface du coeur fluide, afin de créer un mouvement de convection dans le coeur fluide, un ou plusieurs noyaux solides, répartis au sein du coeur fluide, afin d'optimiser les échanges thermiques. 3035193 2 35 Cette configuration du coeur solide permet un transfert homogène et rapide de la chaleur entre la surface de réception du rayonnement solaire concentré et le coeur fluide [4aj. Selon des modes particuliers de réalisation : - La carapace peut être convexe ou concave pour augmenter la surface d'échange thermique, notamment au droit de la surface de réception du rayonnement solaire concentré, 40 - La carapace peut être pourvue de logements en creux (creuset ou four) avec interruption de la paroi extérieure, pour une exploitation directe de la chaleur de la masse inertielle dans un procédé industriel, L'ensemble du dispositif peut être raccordé en un groupe convertisseur dédié à la production d'énergies renouvelables, 45 - L'autonomie de l'ensemble peut être totale pour la production d'énergies renouvelables diverses durant plus d'une journée, ou partielle avec le raccordement à une autre source d'énergie de secours ou d'appoint. Le dessin de principe présenté en annexe illustre l'invention dans la configuration non exhaustive suivante : Unité de production d'énergies renouvelables avec four. REVENDICATIONS1) Dispositif de capture et de stockage inertiel de l'énergie solaire, caractérisé en ce qu'il comporte un coeur solide en plusieurs parties [4b et 4c] réalisant le transfert de la chaleur vers un coeur fluicie{4a] convectif àhaute température, pour emploi â des %s'Industrielles ou de production d'énergies renouvelables secondaires de différentes natures, l'ensemble est pourvu d'une carapace isolante dotée d'au moins une partie mobile apte à se refermer sur la structure fixe. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce que le coeur solide est composé d'un ou plusieurs matériaux conducteurs, formant une semelle [4b1 sous une grande partie du coeur fluide et un ou plusieurs noyaux solides [4c] répartis au sein du fluide, afin de permettre un transfert homogène et rapide de la chaleur entre la surface de réception du rayonnement solaire concentré et le coeur fluide [4a]. 3) Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse inertielle, constituée du ..coeur en matériau fluide ou changement.de phase et du coeur solide, est apte à être réchauffée au-delà de 600°C afin d'être utilisée en qualité de ressource d'énergie. 4) Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse inertielle est enveloppée d'une carapace composite renforcée, qui joue les rôles de contenant, d'échangeur thermique et dfie) tarit thermique. 5) Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que la carapace comporte une paroi intérieure étanche, dotée d'une zone fixe dédiée à la réception du faisceau solaire concentré et permettant l'échange avec la masse inertielle. 6) Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que la carapace comporte une paroi' extérieure isolante dotée d'une partie mobile [61, qui peut être refermée sur la partie fixe [5], afin d'optimiser le stockage de la chaleur dès lors que le rayonnement solaire est insuffisant à l'apport d'énergie supplémentaire. 7) Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que la carapace peut être pourvue de logements en creux (creuset ou four) avec interruption de la paroi extérieure, pour une exploitation directe de la chaleur de la niasse inertielle dans un procédé industriel. 8) Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble peut être raccordé en amont à une source de chaleur et en aval pour emploi de la chaleur brute ou à un groupe convertisseur dédié à la production d'énergies.