Brevet FR3050263A1 — publié le 20171020

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un échangeur thermique à fluide caloporteur et un dispositif de stockage d'énergie thermique par matériau à changement de phase comprenant ledit échangeur. Le domaine de l'invention concerne les Systèmes de Stockage Thermiques (SST) par Matériaux à Changement de Phase (MCP). L'invention concerne plus particulièrement l'intégration d'un système de stockage thermique dans des centrales solaires à concentration, par exemple pour des centrales à génération directe de vapeur, ou encore la valorisation de la chaleur fatale des industries. ETAT DE LA TECHNIQUE Les systèmes de stockage thermique offrent de nombreux bénéfices pour la gestion des industries. Par exemple, dans les centrales solaires à concentration, il existe un écart temporel entre la ressource solaire disponible et la demande en énergie. Ce problème se pose pour toutes les unités de production de chaleur intermittente. Le développement de systèmes de stockage permet de différer l'utilisation de la production de chaleur en collectant la chaleur pendant les périodes de fortes irradiations solaires afin de la restituer plus tard durant les périodes de non- ensoleillement ou durant la nuit. Dans l'industrie des procédés, les systèmes de stockage thermique sont un moyen de valoriser la chaleur fatale. Cette chaleur, issue des rejets thermiques industriels, est disponible à des niveaux de température entre 30 et 90°C dans l'industrie agroalimentaire, papier-carton, chimie et même entre 200-500°C pour les industries des métaux, verre et ciment. Cependant, dans la plupart des cas, les périodes de disponibilité diffèrent des périodes d'utilisation, et sans solution de stockage, toute l'énergie en excès, inutilisable au moment de sa production, est simplement jetée dans le milieu extérieur (à l'atmosphère sous forme d'effluents gazeux ou dans les circuits d'eau naturels sous forme d'effluents liquides). Avec un système de stockage, l'énergie produite en excès durant la journée pourrait être injectée sur un réseau urbain de chaleur au moment des pics de consommation, le matin et le soir. Le stockage de chaleur permettrait également de transporter cette énergie sur un autre site industriel qui aurait besoin d'un apport thermique. Il existe différents types de stockage : sensible, latent et thermochimique. Le stockage latent met en oeuvre des Matériaux à Changement de Phase (MCP) pour stocker la chaleur. Le stockage thermique est réalisé par stockage par enthalpie 3050263 2 de changement d'état. C'est l'enthalpie de changement de phase, le plus souvent lors du changement d'état solide/liquide, qui est stockée. Cette énergie, qui est absorbée lors de la fusion et libérée lors de la solidification, résulte de l'établissement, ou de la rupture, de liaisons interatomiques ou intermoléculaires. La charge du système de 5 stockage s'accompagne de la fusion du matériau de stockage, tandis que la décharge est réalisée par la solidification dudit matériau. Le matériau doit être judicieusement choisi en fonction de la température cible du système de stockage, afin que sa température de fusion soit dans la plage de température d'utilisation. Le changement de phase liquide-gazeux est bien plus intéressant énergétiquement parlant mais les 10 difficultés de mise en oeuvre liées à la gestion de volumes importants de gaz sous pression et à haute température limitent leur développement. La chaleur échangée est appelée enthalpie de changement de phase ou chaleur latente et la quantité d'énergie est de l'ordre de 200 J/g si bien qu'en utilisant de tels MCP solide-liquide, il est possible de réduire les volumes de stockage. De ce fait, les 15 matériaux sont réduits, ce qui diminue le prix du système, et limite les pertes thermiques qui sont proportionnelles à la surface extérieure du réservoir. La densité énergétique peut ainsi être doublée par rapport aux systèmes sensibles. Elle est, en effet, de l'ordre de 15-60 kWh/m3 pour les systèmes de stockage sensible et de 60-120 kWh/m3 pour les systèmes de stockage latent. Un des 20 avantages majeurs de cette technologie est que le changement de phase peut se faire à pression et température constantes. Par conséquent, la décharge de l'énergie stockée se fait à température constante. Cependant, la faible conductivité thermique des MCP, de l'ordre de 0,2 à 0,5 W/(m.K) limite le transfert thermique au sein de ces matériaux. Les MCP sont alors 25 insérés dans des cuves avec échangeurs à surface augmentée, tels que les tubes avec ailettes circulaires ou longitudinales pour maximiser le transfert thermique. On connait notamment la technologie d'échangeur tube - calandre. Une calandre dans laquelle circule un fluide est parcourue par un faisceau de tubes dans lesquels un autre fluide s'écoule. Les deux fluides échangent de l'énergie par conduction à travers 30 l'épaisseur des tubes. Dans le cas du stockage thermique cette technologie est adaptée, il n'y a plus échange entre deux fluides en mouvement, mais entre un fluide caloporteur qui circule dans les tubes et un MCP qui est fixe dans la calandre (mis à part les mouvements de convection naturelle en phase liquide). Lors de la charge, le fluide caloporteur arrive à une température supérieure à la température de fusion du 35 MCP et cède de l'énergie à celui-ci, ce qui entraine sa fusion ; lors de la décharge, le fluide caloporteur entre à une température inférieure à la température de fusion du 3050263 3 MCP et récupère l'énergie précédemment stockée, ce qui entraine la solidification du MCP. Pour l'optimisation des dispositifs de stockage, il peut être judicieux d'aménager plusieurs échangeurs dans une même cuve contenant le MCP, améliorant de ce fait 5 l'isolation thermique globale, la réduction de la surface à calorifuger ; un seul volume de MCP est prévu, limitant les problématiques liées au remplissage des cuves. Enfin, une seule cuve étant nécessaire, les coûts sont réduits. Toutefois, l'agencement de plusieurs échangeurs dans une même cuve pose des problèmes quant à la répartition du fluide caloporteur dans les différents échangeurs. 10 Il existe le besoin d'un dispositif de stockage d'énergie thermique par MCP comprenant une pluralité d'échangeurs résolvant la problématique de la répartition du fluide caloporteur dans les différents échangeurs. RESUME DE L'INVENTION 15 La présente invention propose à cet effet un dispositif de stockage d'énergie thermique par Matériau à Changement de Phase (MCP) comprenant au moins un MCP, une cuve contenant le au moins un MCP et plusieurs échangeurs thermiques à fluide caloporteur plongeant au moins partiellement dans la cuve contenant le au moins un MCP, chaque échangeur comprenant : 20 - une pluralité de tubes, un distributeur agencé à une première extrémité des tubes agencée en partie supérieure de la cuve, le distributeur reliant les tubes entre eux et distribuant un fluide caloporteur à la pluralité de tubes, - et un collecteur agencé à une deuxième extrémité des tubes agencée en partie inférieure de la cuve, le collecteur reliant les tubes entre eux et collectant le 25 fluide caloporteur de la pluralité de tubes, le distributeur et le collecteur comprenant respectivement une canalisation apte à l'introduction ou à l'évacuation du fluide caloporteur. Avantageusement, le fluide caloporteur est un fluide diphasique à état liquide et état gazeux apte à circuler dans l'échangeur. 30 Avantageusement, le dispositif comporte au moins un élément agencé au moins partiellement au niveau de la canalisation du collecteur configuré pour créer une perte de charge dans la circulation du fluide caloporteur. La canalisation du collecteur comprend un élément permettant de contrôler la répartition du débit de fluide caloporteur dans chacun des échangeurs. En effet, la 35 mise en parallèle de plusieurs échangeurs nécessite une gestion de la répartition du fluide caloporteur. Les échangeurs sont disposés dans une cuve remplie de MCP, 3050263 4 faisant partie du dispositif de stockage. Lors de l'arrivée du fluide caloporteur, ce dernier va pénétrer au sein des échangeurs par l'intermédiaire des canalisations débouchant sur les distributeurs. Le fluide caloporteur remplissant les échangeurs situés en périphérie du dispositif de stockage est donc soumis à des charges 5 physiques plus importantes du fait que ce dernier doive parcourir une distance plus importante. Ce raisonnement est également valable pour les tubes situés en périphérie des échangeurs, soumis également à des charges physiques plus importantes. A titre d'exemple, si en fin de charge thermique, un échangeur se remplissait complètement en vapeur, alors cette vapeur pourrait remonter dans le tube lisse 10 central et créer une circulation préférentielle dans cet échangeur, du fait d'une perte de charge plus faible que dans les autres échangeurs encore remplis de liquide. Ce déséquilibre des débits pourrait limiter la charge du stockage. Il est donc avantageux d'avoir un système permettant de gérer les pertes de charge liées à la circulation du fluide caloporteur au sein de l'échangeur. En effet, ces pertes de charge influencent de 15 manière directe la quantité de fluide caloporteur à l'état liquide au sein de l'échangeur, et par la même occasion le remplissage de ce dernier en fluide caloporteur à l'état de vapeur. L'invention permet de manière avantageuse, de contrôler la répartition du débit de fluide caloporteur dans chacun des échangeurs. 20 Ce contrôle peut être réalisé de deux manières, non exclusives l'une de l'autre, plusieurs éléments pouvant être présents : D'une manière passive par l'ajout d'une perte de charge au niveau de la canalisation du collecteur de chaque échangeur, limitant ainsi le débit sortant de liquide caloporteur sous forme liquide. Cette perte de charge ajoutée rend alors les pertes de 25 charge liées à la circulation du fluide caloporteur négligeables et permet donc d'avoir une quantité de fluide caloporteur sensiblement identique entre les différents échangeurs du dispositif de stockage. D'une manière active, par une gestion de liquide dans chaque échangeur. Cette gestion implique pour chaque échangeur une mesure de pression différentielle entre 30 les canalisations du distributeur et du collecteur permettant la déduction du niveau de liquide caloporteur, et une régulation du débit de sortie par une vanne de régulation placé sur la canalisation du collecteur. Suivant un autre aspect séparable, le dispositif selon l'invention comprend une pluralité d'échangeurs. 35 Avantageusement, le dispositif comprend des compensateurs de dilatation disposés entre les échangeurs et entre les échangeurs et la cuve, de sorte 3050263 5 avantageusement d'une part à assurer une étanchéité de la cuve et avantageusement d'autre part à compenser les dilatations différentes des échangeurs. L'échangeur selon l'invention permet que ce dernier soit agencé en appui sur le fond de la cuve, sans nécessiter de raccordement dans cette zone. 5 Suivant un autre aspect, l'invention concerne un procédé de stockage d'énergie thermique comprenant une étape de charge et/ ou une étape de décharge. Pour chaque étape, le fluide caloporteur est introduit en partie supérieure de la cuve et est évacué en partie supérieure également. 10 BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les figures d'accompagnement suivantes dans lesquelles : Figure 1 : Schéma de principe d'un dispositif de stockage par matériaux à 15 changement de phase multi-échangeurs Figures 2 : Gestion de la répartition des débits de fluide caloporteur selon un premier mode de réalisation utilisant une gestion passive. Figure 3 : Gestion de la répartition des débits de fluide caloporteur selon un premier mode de réalisation utilisant une gestion active. 20 Figures 4 : Gestion de la répartition des débits de fluide caloporteur selon un deuxième mode de réalisation utilisant une gestion passive Figure 5 : Gestion de la répartition des débits de fluide caloporteur selon un deuxième mode de réalisation utilisant une gestion active 25 EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS Avant d'entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l'invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement. 30 On rappelle tout d'abord que l'invention concerne un dispositif de stockage d'énergie thermique par Matériau à Changement de Phase (MCP) comprenant au moins un élément configuré pour créer une perte de charge dans la circulation du fluide caloporteur. Avantageusement, suivant des variantes préférées mais non limitatives, 35 l'invention comprend au moins un élément permettant de contrôler la répartition du 3050263 6 débit de fluide caloporteur dans chacun des échangeurs, ledit élément étant agencé au moins partiellement au niveau de la canalisation du collecteur. Avantageusement, l'élément crée une perte de charge en diminuant la section de passage du fluide caloporteur. 5 Préférentiellement, la diminution de la section de passage du fluide caloporteur par l'élément se situe sur une portion unique de la canalisation du collecteur. Selon un mode de réalisation, le contrôle de la répartition du débit de fluide caloporteur est passif. Avantageusement, l'élément comprend un rétrécissement de la canalisation du 10 collecteur. Avantageusement, l'élément consiste en une plaque percée, ou une membrane, ou une réduction du diamètre de la canalisation. Selon un autre mode de réalisation, le contrôle de la répartition du débit de fluide caloporteur est actif. 15 Avantageusement, ledit élément est configuré pour gérer le niveau de liquide du fluide caloporteur dans l'échangeur thermique. Avantageusement, le dispositif comprend un élément de mesure de la pression différentielle entre le distributeur et le collecteur et dans lequel l'élément consiste en une vanne de régulation du débit de sortie du fluide caloporteur agencé au niveau de la 20 canalisation du collecteur. Avantageusement, le fluide caloporteur est configuré pour être à un état liquide au niveau de la deuxième extrémité des tubes, en partie inférieure de la cuve, et à un état vapeur au niveau de la première extrémité des tubes, en partie supérieure de la cuve. 25 Avantageusement, les tubes s'étendent longitudinalement entre le distributeur et le collecteur. Avantageusement, les tubes sont droits et parallèles entre-eux. Avantageusement, le dispositif est apte à être agencé dans une cuve contenant un MCP de sorte à ce que les tubes s'étendent verticalement dans la cuve. 30 Avantageusement, les canalisations respectivement du distributeur et du collecteur débouchent en partie supérieure de la cuve. Avantageusement, la canalisation du collecteur s'étend depuis le collecteur en direction du distributeur et est apte à être plongée dans le MCP. Avantageusement, la canalisation du collecteur est isolée thermiquement. 35 Avantageusement, le fluide caloporteur est à l'état liquide dans la canalisation du collecteur. 3050263 7 Avantageusement, la cuve comprend une paroi inférieure, des parois latérales et une paroi supérieure définissant un volume intérieur recevant le au moins un MCP. Avantageusement, la canalisation du distributeur et la canalisation du collecteur 5 traversent la paroi supérieure de la cuve pour déboucher en dehors de la cuve. Avantageusement, au moins un échangeur est agencé en appui sur la paroi inférieure de la cuve. Avantageusement, les parois latérales de la cuve sont de section transversale hexagonale. 10 Avantageusement, le dispositif comprend des compensateurs de dilatation configurés pour assurer une étanchéité entre le distributeur de chaque échangeur, et entre les distributeurs des échangeurs et la cuve. Avantageusement, le MCP est un MCP solide-liquide. 15 Suivant un autre aspect, l'invention concerne un procédé de stockage d'énergie thermique dans un dispositif comprenant une phase de charge au cours de laquelle pour chaque échangeur : - le fluide caloporteur pénètre dans chaque échangeur en partie supérieure par la canalisation du distributeur débouchant en partie supérieure de la cuve, 20 - le distributeur en partie supérieure de l'échangeur distribue le fluide caloporteur à l'état gazeux à la pluralité de tubes, - le fluide caloporteur à l'état gazeux se condense dans les tubes entrainant la fusion du MCP, - le fluide caloporteur sous forme liquide est collecté par le collecteur en partie 25 inférieure de l'échangeur - Le fluide caloporteur sous forme liquide traverse l'élément - Le fluide caloporteur est évacué de l'échangeur par la canalisation du collecteur. 30 L'invention concerne également un procédé de stockage comprenant une phase de décharge au cours de laquelle pour chaque échangeur : - le fluide caloporteur pénètre dans l'échangeur en partie supérieure par la canalisation du collecteur débouchant en partie supérieure de la cuve, - Le fluide caloporteur sous forme liquide traverse l'élément 35 - le collecteur en partie inférieure de l'échangeur distribue le fluide caloporteur à l'état liquide à la pluralité de tubes, 3050263 8 - le fluide caloporteur à l'état liquide se vaporise dans les tubes entrainant la solidification du MCP, - le fluide caloporteur à l'état gazeux est collecté par le distributeur en partie supérieure et est évacué de l'échangeur par la canalisation du distributeur. 5 Avantageusement, l'invention concerne un procédé dans lequel le fluide caloporteur est à l'état liquide dans toute la canalisation du collecteur. L'invention concerne également un procédé de stockage comprenant les étapes 10 suivantes : - Mesure pression différentielle - Détermination du niveau de liquide du fluide caloporteur dans l'échangeur - Contrôle de la vanne de régulation agencée sur la canalisation du collecteur. 15 L'invention porte sur un échangeur thermique 1 comprenant un fluide caloporteur. L'échangeur thermique 1 selon l'invention est destiné à être agencé dans une cuve 14 pour former un dispositif de stockage d'énergie thermique. La cuve comprend au moins un MCP 13 et l'échangeur 1 est avantageusement au moins partiellement plongé dans le MCP 13 contenu dans la cuve 14. 20 Le fluide caloporteur est préférentiellement un fluide diphasique c'est-à-dire qu'il est configuré pour prendre alternativement deux phases ou états dans les conditions de fonctionnement de l'invention. Selon l'invention, le fluide caloporteur est à l'état liquide et à l'état gazeux dans les conditions de fonctionnement, c'est-à-dire de température et de pression, de l'échangeur 1 et du dispositif de stockage d'énergie thermique de 25 l'invention. Le changement de phase ou d'état du fluide caloporteur se fait lors de la charge et de la décharge du dispositif de stockage d'énergie thermique au sein de l'échangeur 1 par transfert d'énergie thermique entre le fluide caloporteur et le MCP 13. Avantageusement, en charge, le fluide caloporteur pénètre dans l'échangeur 1 30 sous forme gazeuse, le transfert d'énergie se fait au profit du MCP 13 grâce au fluide caloporteur qui cède son énergie thermique. Le fluide caloporteur diminue alors en température et change d'état pour être à l'état liquide en sortie de l'échangeur 1. En décharge, le fluide caloporteur pénètre dans l'échangeur 1 sous forme liquide, le transfert d'énergie se fait au profit du fluide caloporteur grâce au MCP 13 qui cède son 35 énergie thermique. Le fluide caloporteur augmente alors en température et change d'état pour être à l'état gazeux en sortie de l'échangeur 1. 3050263 9 Le stockage d'énergie latente permet d'absorber l'énergie de condensation de la vapeur du fluide caloporteur pendant la charge, et de restituer la chaleur latente pour évaporer le fluide caloporteur liquide pendant la décharge. Ce processus est avantageusement réalisé sans variation importante du niveau de température, ni 5 avantageusement, de la qualité de l'énergie. La cuve 14 contient au moins un MCP 13. Il peut être utilisé des mélanges de MCP 13. Dans la suite de la description, la référence à un MCP 13 n'est pas limitative. Différents MCP peuvent être utilisés notamment les MCP à transition solide/solide ou préférentiellement les MCP à transition solide/liquide. L'invention est adaptée à une 10 vaste variété de MCP et donc à une large gamme de température de stockage. Les deux grandes catégories de MCP pouvant être utilisés sont les organiques (paraffine, acide gras, alcool,...) et les inorganiques (sels, hydrates de sel, alliages métalliques,...). Pour les réseaux de chaleur à vapeur (-180°C) le MCP utilisé aura une température de fusion de l'ordre de 100-120°C, par exemple : de l'érythritol, de l'acide sébacique, une 15 paraffine,... Il est préféré de cibler un matériau qui ne s'oxyde pas et qui n'oxyde pas la structure métallique de l'échangeur 1 ou de la cuve 14 et qui ait une bonne enthalpie massique de changement de phase et qui ne soit pas toxique. De préférence, le MCP 13 aura une bonne capacité calorifique et une conductivité thermique la plus élevée possible. 20 Le MCP 13 est un matériau à deux phases préférentiellement solide et liquide dont le passage entre ces deux phases stocke ou libère de l'énergie. Préférentiellement, le passage d'une première phase à une deuxième phase va nécessiter de la chaleur qui est donc stockée dans le MCP dans sa deuxième phase. A contrario, le passage de la deuxième phase à la première phase est exothermique et 25 libère la chaleur stockée. Lorsque le dispositif de stockage d'énergie fonctionne pour stocker de l'énergie thermique, c'est-à-dire en charge, l'échangeur 1 apporte de la chaleur dans la cuve 14, il y a un échange de chaleur du fluide caloporteur vers le MCP 13 au travers de l'échangeur. Cette chaleur va permettre la transformation du MCP 13 de la première 30 phase à la deuxième phase qui stockera alors la chaleur issue du fluide caloporteur. Lorsque le dispositif fonctionne pour restituer de l'énergie thermique, c'est-à-dire en décharge, l'échangeur 1 refroidit le MCP 13, il y a un échange de chaleur du MCP 13 vers le fluide caloporteur au travers de l'échangeur 2, ce qui permet le passage de la deuxième phase à la première phase. Cette transformation est exothermique. La 35 chaleur libérée est récupérée par le fluide caloporteur. 3050263 10 L'échangeur 1 comprend une pluralité de tubes 2. Avantageusement, le fluide caloporteur circule dans l'échangeur 1 et plus particulièrement dans les tubes 2. C'est au sein des tubes 2 de l'échangeur 1 qu'a lieu le changement de phase du fluide caloporteur. 5 L'échangeur 1 selon l'invention est destiné à être au moins partiellement immergé dans une cuve 14 contenant au moins un MCP 13. Les tubes 2 comprennent une première extrémité 3 et une deuxième extrémité 4. Avantageusement, la première extrémité 3 est apte à être agencée en partie supérieure de l'échangeur 1 tandis que la deuxième extrémité 4 est apte à être 10 agencée en partie inférieure de l'échangeur 1. Cette disposition se retrouve ainsi lorsque l'échangeur 1 est agencé dans la cuve 14 du dispositif, c'est-à-dire que la première extrémité 3 des tubes 2 est disposée en partie supérieure 17 de la cuve 14 et la deuxième extrémité 4 des tubes 2 est disposée en partie inférieure 18 de la cuve 14. On entend par partie supérieure, la zone située au-dessus, suivant un axe 15 vertical, d'un plan médian horizontal. La partie supérieure est préférentiellement le tiers supérieur respectivement de la cuve 14 ou de l'échangeur 1. On entend par partie inférieure, la zone située au-dessous, suivant un axe vertical, d'un plan médian horizontal. La partie inférieure est préférentiellement le tiers inférieur respectivement de la cuve 14 ou de l'échangeur 1. 20 L'échangeur 1 comprend un distributeur 5 mettant en communication fluidique les premières extrémités 3 des tubes 2 et un collecteur 6 mettant en communication fluidique les deuxièmes extrémités 4 des tubes 2. Le distributeur 5 et le collecteur 6 ont un rôle fonctionnel de formation du réseau fluidique pour la circulation du fluide caloporteur dans l'échangeur 1. 25 Le distributeur 5 et le collecteur 6 assurent une répartition avantageusement uniforme du fluide caloporteur aux tubes 2. Avantageusement, les tubes 2 sont solidaires du corps 24 du distributeur 5 et du corps 25 du collecteur 6 respectivement par leurs premières extrémités 3 et par leurs deuxièmes extrémités 4 qui sont par exemple soudées aux corps 24, 25. 30 Le distributeur 5 comprend une canalisation 7 destinée à l'introduction ou à la sortie du fluide caloporteur de l'échangeur 1, plus précisément des tubes 2. Le collecteur 6 comprend une canalisation 8 destinée à l'introduction ou à la sortie du fluide caloporteur de l'échangeur 1, plus précisément des tubes 2. Dans un mode de réalisation particulier, illustrés aux figures 4 et 5, la 35 canalisation 8 du collecteur 6 s'étend en direction du distributeur 5. La canalisation 8 3050263 11 est solidaire du collecteur 6 et est agencée du même côté que les tubes 2 relativement au corps 25 de collecteur 6. Les tubes 2 peuvent être de n'importe quelle section, avec une préférence marquée pour les tubes à section circulaire qui sont les plus simples à concevoir et qui 5 résistent le mieux à la pression. La disposition des tubes 2 peut également varier, ils peuvent être en carré, en triangle,... Les tubes 2 peuvent être en acier, les nuances classiques pour une paroi sous pression sont P235GH, P265GH, P355GH ; en l'absence de pression, les aciers inoxydables 304, 316 peuvent être utilisés, en aluminium, en cuivre, ou en autre métal 10 ou alliage. Avec une préférence pour l'acier ayant un faible coût, qui est solide et résistant à la pression et l'aluminium, facile à travailler, bon conducteur thermique. Classiquement, les tubes 2 sont entourés d'ailettes circulaires augmentant la surface d'échange thermique ou bien d'inserts de plus grandes dimensions permettant en plus de maintenir les tubes solidaires entre eux. 15 Le distributeur 5 et le collecteur 6 comportent respectivement un corps (24 et 25). Ce corps est délimité par deux plaques. Dans le cas du distributeur 5, la plaque supérieure est forée présentant deux orifices communiquant avec les canalisations 7 et 8, la plaque inférieure est forée présentant plusieurs orifices communiquant avec les tubes 2. Dans le cas du collecteur 6, la plaque supérieure est forée présentant 20 plusieurs orifices communiquant avec les tubes 2 et un orifice communiquant avec le canal 8, la plaque inférieure n'est pas forée. Pour le distributeur 5, comme le collecteur 6, les plaques supérieures et inférieures sont perpendiculaires aux tubes 2. Le distributeur 5 et le collecteur 6 sont également délimités par des parois latérales ne présentant aucun orifice. Les canalisations 7 et 8 peuvent avoir les mêmes dimensions 25 en section que les tubes 2 et avoir la même composition. Les tubes 2 s'étendent avantageusement verticalement. Les tubes 2 s'étendent longitudinalement entre le collecteur 6 et le distributeur 5, préférentiellement les tubes 2 sont droits et parallèles les uns aux autres. 30 Selon un premier mode de réalisation, décrit aux figures 2 et 3, la canalisation 8 du collecteur 6 est configurée pour déboucher en partie inférieure de l'échangeur 1. Selon un deuxième mode de réalisation, décrit aux figures 4 et 5, la canalisation 7 du distributeur 5 et la canalisation 8 du collecteur 6 sont configurées pour déboucher en partie supérieure de l'échangeur 1. La canalisation 8 débouche au-delà de la face 35 supérieure du distributeur 5. La canalisation 8 traverse le distributeur 5 sans être en communication fluidique avec celui-ci. Les canalisations 7 et 8 débouchent alors sur la 3050263 12 face supérieure de l'échangeur 1. On entend par face supérieure, la surface de l'échangeur 1 située au-dessus de la première extrémité des tubes 2. La face supérieure de l'échangeur 1 correspond préférentiellement à la face supérieure du corps 24 du distributeur 5. L'échangeur 1 étant agencé dans une cuve 14, les 5 canalisations 7, 8 débouchent en partie supérieure de la cuve 14. Préférentiellement au niveau de la face supérieure de la cuve 14. Les raccordements de l'échangeur 1 sont donc réalisées par le haut ce qui facilite l'assemblage de l'échangeur 1 dans la cuve 14 ainsi que son extraction pour réparation ou remplacement. Dans un mode de réalisation, comme dans l'autre, le fluide caloporteur circulant 10 au sein de l'échangeur 1 est soumis à différentes charges physiques perturbant sa répartition au sein de l'échangeur 1. La figure 3 illustre un mode de réalisation où la répartition du débit de fluide caloporteur est gérée de manière passive. Un élément de restriction 23 est ajouté au niveau de la canalisation du collecteur 8. 15 On entend par élément de restriction tout élément permettant le rétrécissement de la section de la canalisation du collecteur 8. A titre d'exemple non limitatif, cet élément peut correspondre à une plaque, du diamètre de la canalisation 8 percée, à une membrane, à une réduction du diamètre de 20 la canalisation... On entend par une gestion du fluide caloporteur de manière passive, une gestion utilisant un élément de restriction apte à adopter un seul état. En effet, dans le cas d'une gestion passive, l'élément de restriction comporte une structure non variable, aboutissant pour un débit de fluide caloporteur donné à une perte de charge 25 correspondante. A titre d'exemple, lorsque l'élément de restriction correspond à une diminution de la dimension de section du canal 8, cette diminution est fixe et ne peut pas être modifiée. Pendant l'étape de charge, le fluide caloporteur sous forme gazeuse va pénétrer dans l'échangeur 1 par l'intermédiaire de la canalisation 7 du distributeur. Il circule 30 ensuite dans le distributeur 5 agencé en partie supérieure 17 de la cuve 14. Le fluide caloporteur pénètre par la face supérieure du corps 24 du distributeur 5 grâce à la canalisation 7. Le distributeur distribue de manière homogène le fluide caloporteur dans les tubes 2, où il se condense en entraînant la fusion du MCP 13. Le fluide caloporteur à l'état liquide est recueilli en partie inférieure 18 de la cuve 14 par le 35 collecteur 6. Le fluide caloporteur pour, sortir de la cuve, traverse le collecteur 6 et 3050263 13 remonte dans la canalisation 8. L'élément de restriction 23 va être situé au niveau de la canalisation 8 du collecteur. Préférentiellement, l'élément 23 se situe à la jonction entre le collecteur 25 et la canalisation 8 du collecteur 6. 5 Cet élément de restriction va provoquer une perte de charge importante et brutale, limitant le débit de fluide caloporteur en sortie de cet élément de restriction 23. Cette perte de charge due à l'élément 23, rend négligeable les pertes de charge liées à une circulation normale du fluide caloporteur et permet donc une répartition sensiblement égale des débits de fluide caloporteur au sein des échangeurs et des 10 tubes 2. On entend par circulation normale, la circulation du fluide caloporteur lors de l'utilisation du dispositif sans ajout d'élément de restriction du diamètre des tubes 2 ou dans les canaux du distributeur ou du collecteur. Avantageusement le rapport entre les pertes de charge liées à la circulation 15 normale du fluide caloporteur dans le collecteur et les pertes de charge liées à l'élément de restriction est d'au minimum 5. Inversement, l'étape de décharge, le fluide caloporteur sous forme liquide pénètre dans l'échangeur 1 par la canalisation 8 du collecteur 25. Le fluide caloporteur va circuler à travers l'élément de restriction 23. Le fluide caloporteur pénètre par la face supérieure du corps 25 en partie inférieure 18 de 20 la cuve 14. Le collecteur 6 distribue de manière homogène le fluide caloporteur dans les tubes 2, où la solidification du MCP 13 permet la vaporisation du fluide caloporteur. Le fluide caloporteur à l'état gazeux est recueilli en partie supérieure 17 de la cuve 14 par le distributeur 5. Le fluide caloporteur, pour sortir de la cuve, traverse le distributeur 5 et remonte dans la canalisation 7 du distributeur 5 avant d'être extrait de la cuve 14. 25 Avantageusement, l'échangeur 1 comprend un niveau de liquide 12 dans les tubes 2 variable selon l'étape de charge ou de décharge mais se situant toujours au-dessus du collecteur 6. Le niveau de liquide 12 illustre la séparation des deux phases du fluide caloporteur, la phase gazeuse, la vapeur 11 étant au-dessus de la phase liquide 10. Ainsi, le fluide caloporteur est toujours à l'état liquide dans le collecteur 6 et 30 donc dans la canalisation 8 et toujours à l'état gazeux dans le corps du distributeur 24 et dans la canalisation 7 du distributeur. La figure 3 illustre un mode de réalisation où la répartition du débit de fluide caloporteur est gérée de manière active. Un élément de restriction 23 est ajouté au 35 niveau de la canalisation 8 du collecteur. Cet élément de restriction est une vanne de 3050263 14 régulation 26 du débit de sortie de fluide caloporteur au sein de la canalisation 8 du collecteur. On entend par une gestion du fluide caloporteur de manière active, une gestion utilisant un élément de restriction apte à adopter plusieurs états. En effet cet élément 5 de restriction 23 peut adopter un état où la perte de charge engendrée par sa présence est nulle, il s'agit du cas ou la vanne de régulation 26 est totalement ouverte. Cet élément de restriction 23 peut également adopter différents états correspondant à différentes ouvertures de la vanne de régulation 26, aboutissant à une restriction de la canalisation 8 du collecteur plus ou moins importante. Plus la restriction de la 10 canalisation 8 du collecteur est important plus les pertes de charge le sont également. Cette gestion active implique pour chaque échangeur 1, une mesure de pression différentielle entre le distributeur 5 et le collecteur 6, grâce à un capteur de pression 22, permettant de déduire le niveau de fluide caloporteur liquide 10. Une régulation de ce fluide caloporteur liquide 10 sera effectuée grâce à une vanne de régulation 26 placée 15 sur la canalisation 8 du collecteur. Pendant l'étape de charge, le fluide caloporteur sous forme gazeuse va pénétrer dans l'échangeur 1 par l'intermédiaire de la canalisation 7 du distributeur. Il circule ensuite dans le distributeur 5 agencé en partie supérieure 17 de la cuve 14. Le fluide caloporteur pénètre par la face supérieure du corps 24 du distributeur 5 grâce à la 20 canalisation 7. Le distributeur distribue de manière homogène le fluide caloporteur dans les tubes 2, où il se condense en entraînant la fusion du MCP 13. Le fluide caloporteur à l'état liquide est recueilli en partie inférieure 18 de la cuve 14 par le collecteur 6. Le fluide caloporteur pour sortir de la cuve traverse le collecteur 6 et remonte dans la canalisation 8. Un capteur de pression 22 va mesurer la différence de 25 pression entre le distributeur 5 et le collecteur 6. En fonction de cette différence de pression, l'ouverture de la vanne de régulation 26 sera plus ou moins importante permettant la régulation du débit du fluide caloporteur. L'ouverture de la vanne peut être réalisée manuellement ou électroniquement. Inversement, l'étape de décharge, le fluide caloporteur sous forme liquide 30 pénètre dans l'échangeur 1 par la canalisation 8 du collecteur 25. Un capteur de pression 22 va mesurer la différence de pression entre le distributeur 5 et le collecteur 6. Le fluide caloporteur va circuler à travers la vanne de régulation 26 dont l'ouverture dépendra de la différence de pression. Le fluide caloporteur pénètre par la face supérieure du corps 25 en partie inférieure 18 de la cuve 14. Le collecteur 6 distribue 35 de manière homogène le fluide caloporteur dans les tubes 2, où il la solidification du MCP 13 permet la vaporisation du fluide caloporteur. Le fluide caloporteur à l'état 3050263 15 gazeux est recueilli en partie supérieure 17 de la cuve 14 par le distributeur 5. Le fluide caloporteur pour sortir de la cuve traverse le distributeur 5 et remonte dans la canalisation 7 du distributeur 5 avant d'être extrait de la cuve 14. Les figures 4 et 5 concernent respectivement la gestion de la répartition des 5 débits de fluide caloporteur de manière passive pour la figure 4 et de manière active pour la figure 5, selon un second mode de réalisation. Les canalisations 7, 8 débouchent en partie supérieure de la cuve 14. Préférentiellement au niveau de la face supérieure 17 de la cuve 14. Les raccordements de l'échangeur 1 sont donc réalisés par le haut ce qui facilite 10 l'assemblage de l'échangeur 1 dans la cuve 14 ainsi que son extraction pour réparation ou remplacement. Dans le cas d'une gestion passive, l'élément de restriction 23 est situé au sein de la canalisation 8 du collecteur, préférentiellement à la jonction entre le collecteur 25 et la canalisation 8. 15 Dans le cas d'une gestion active, le capteur de pression mesure la différence de pression entre le distributeur et le collecteur, et la vanne de régulation 26 se situe au sein de la canalisation 8 du collecteur. Dans un mode de réalisation, comme dans l'autre, lors d'une gestion passive, la 20 perte de charge ajoutée permet de faciliter l'ébullition du liquide caloporteur en décharge. Dans le cas d'une gestion active, le contrôle du niveau 12 de fluide caloporteur liquide est un moyen d'ajuster la capacité de stockage d'énergie latente. En effet, en charge, la fusion du MCP ne se fait que sur la hauteur de l'échangeur sur laquelle a lieu la condensation, c'est-à-dire au-dessus du niveau 12 liquide dans les 25 tubes 2. En décharge, la solidification du MCP ne se fait que sur la hauteur de l'échangeur sur laquelle a lieu l'ébullition, c'est-à-dire au-dessous du niveau de liquide 12 dans les tubes 2. Une gestion passive de la répartition des débits présente donc l'avantage de la simplicité d'utilisation, aucun composant ni boucle de régulation additionnelle n'étant 30 nécessaire à sa mise en oeuvre. La gestion active est plus complexe (ajout d'une vanne de régulation, d'une mesure de pression différentielle, et d'une boucle de régulation), mais permet de gérer de manière différenciée chaque échangeur du stockage, soit par la gestion de niveau liquide soit en condamnant simplement un ou plusieurs échangeur par fermeture de la vanne. 35 Plusieurs échangeurs 1 peuvent être placés dans une cuve 14, avantageusement basse pression (c'est-à-dire une pression inférieure à 1,5 bars abs) 3050263 16 contenant au moins un MCP 13. Avantageusement, des compensateurs de dilatation 20 sont aussi agencés entre les différents distributeurs 5. Les compensateurs de dilatation 20 permettent avantageusement des dilatations thermiques différentielles entre les distributeurs 5 et la cuve 14. Selon une possibilité avantageuse, les 5 compensateurs de dilatations 20 permettent également de garantir l'étanchéité du ciel gazeux de la cuve 14. Les compensateurs de dilatation 20 sont des joints avantageusement étanches et préférentiellement présentant une élasticité permettant d'absorber les dilatations thermiques entre les échangeurs 1. 10 Suivant cette disposition illustrée en figure 1, les distributeurs 5 des échangeurs 1 forment la face supérieure de la cuve 14. La partie supérieure 17 de la cuve 14, avantageusement au-dessus du MCP 13 peut être avantageusement occupée par un ciel gazeux 19 comprenant un gaz inerte permettant de limiter les processus de corrosion. 15 En figure 1, illustrant un dispositif selon l'invention avec une cuve 14 dans laquelle sont placés des échangeurs 1, dont 3 sont entièrement représentés, et un MCP 13, les flèches indiquent le sens d'écoulement du fluide caloporteur pendant la phase de charge (condensation du fluide caloporteur, fusion du MCP). Les flèches à trait continu correspondent au fluide caloporteur à l'état vapeur tandis que les flèches à 20 trait discontinu correspondent au fluide caloporteur à l'état liquide. Le sens d'écoulement est inversé en phase de décharge (évaporation du fluide caloporteur, solidification du MCP). Exemple : 25 Une centrale d'énergie solaire thermodynamique fonctionne à une pression nominale de 110 bars. Pour pouvoir restituer la quantité de vapeur correspondant à 6 heures de fonctionnement à pleine charge, le stockage doit avoir une capacité de 900 MWht. Aux niveaux de températures et pressions visés par cette application, le stockage par MCP correspond à près de 50% de la capacité de stockage totale, et le 30 NaNO3 est un MCP intéressant. Dans ces conditions le volume total de NaNO3 nécessaire pour la centrale serait d'environ 4400 m3. Or, un dispositif de stockage de taille optimisée, comprenant 217 tubes de 9 m de long par exemple nécessiterait un volume de NaNO3 de 60 m3 par échangeur. Il faut donc 74 échangeurs 1 pour atteindre la capacité de stockage requise par la 35 centrale solaire. 3050263 17 Puissance électrique nominale MWe 50 Puissance thermique nominale MWt 150 Capacité de stockage h 6 Capacité totale du stockage MWht 900 Capacité du stockage par MCP MWht 444 Chaleur latente MCP (NaNO3) kJ/kg 172 Masse totale de MCP t 9300 Volume total de MCP m3 4407 Volume de MCP par échangeur m3 60 Nombre échangeur 73,5 Tableau : Caractéristiques du stockage MCP pour une centrale à génération directe de vapeur (sans utilisation d'un fluide caloporteur intermédiaire) de 50 MWe 5 Ces 74 échangeurs pourraient idéalement se répartir dans 2 cuves de 37 échangeurs, ce qui permettrait d'optimiser la forme hexagonale de la cuve 14. Dans ce cas, lors d'une gestion passive de la répartition des débits, l'élément de restriction est notamment une canalisation, ou un forage de diamètre inférieur dans le collecteur. 10 Lors d'une gestion active de la répartition des débits, cette gestion permet d'adapter la capacité du stockage à l'énergie thermique disponible. En effet la quantité de vapeur produite dans une centrale solaire à génération directe de vapeur dépend très fortement de l'ensoleillement journalier, et donc de la période de l'année. Si le stockage est dimensionné pour une journée ensoleillée d'été, il arrive fréquemment 15 que la production journalière de vapeur ne soit pas nominale. Si par exemple cette production ne permet de stocker que la moitié de la capacité nominale du stockage (450 MWht), une gestion active de la répartition des débits permet de ne mobiliser que la moitié des échangeurs de stockage (de préférence ceux situés aux centres du réservoir) en condamnant les autres échangeurs par fermeture de leur vanne de 20 régulation. REVENDICATIONS1. Dispositif de stockage d'énergie thermique par Matériau à Changement de Phase (MCP) comprenant au moins un MCP (13), une cuve contenant le au moins un MCP (13) et plusieurs échangeurs thermiques (1) à fluide caloporteur plongeant au moins partiellement dans la cuve (14) contenant le au moins un MCP (13), chaque échangeur (1) comprenant : - une pluralité de tubes (2), un distributeur (5) comportant un corps (24) agencé à une première extrémité des tubes (2) agencé en partie supérieure (17) de la cuve, le distributeur (5) reliant les tubes (2) entre eux et distribuant un fluide caloporteur à la pluralité de tubes (2), - et un collecteur (6) comportant un corps (25) agencé à une deuxième extrémité des tubes agencé en partie inférieure (18) de la cuve, le collecteur reliant les tubes (2) entre eux et collectant le fluide caloporteur de la pluralité de tubes (2), le distributeur (5) et le collecteur (6) comprenant respectivement une canalisation (7, 8) apte à l'introduction ou à l'évacuation du fluide caloporteur, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est diphasique liquide-gaz et en ce que au moins un échangeur (1) comprend au moins un élément (23, 26) agencé au moins partiellement au niveau de la canalisation (8) du collecteur configuré pour créer une perte de charge dans la circulation du fluide caloporteur. 2. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel l'élément (23, 26) crée une perte de charge en diminuant la section de passage du fluide caloporteur. 3. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la diminution de la section de passage du fluide caloporteur par l'élément (23, 26) se situe uniquement sur une portion de la canalisation du collecteur. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le contrôle de la répartition du débit de fluide caloporteur est passif. 3050263 20 5. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel l'élément (23) consiste en une plaque percée, ou une membrane, ou une réduction du diamètre de la canalisation. 5 6. Dispositif selon les revendications 1 ou 2 ou 3 dans lequel le contrôle de la répartition du débit de fluide caloporteur est actif. 7. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel ledit élément (26) est configuré pour gérer le niveau de liquide du fluide caloporteur dans 10 l'échangeur thermique (1). 8. Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes comprenant un élément de mesure de la pression différentielle (22) entre le distributeur (5) et le collecteur (6) et dans lequel l'élément (26) consiste en une vanne de 15 régulation du débit de sortie du fluide caloporteur agencée au niveau de la canalisation (8) du collecteur. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le fluide caloporteur est configuré pour être à un état liquide (10) au niveau de 20 la deuxième extrémité des tubes (2), en partie inférieure (18) de la cuve, et à un état vapeur (11) au niveau de la première extrémité des tubes (2), en partie supérieure (17) de la cuve. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel 25 les tubes (2) s'étendent longitudinalement entre le distributeur (5) et le collecteur (6). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les tubes (2) sont droits et parallèles entre-eux. 30 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les canalisations (7, 8) respectivement du distributeur (5) et du collecteur (6) débouchent en partie supérieure (17) de la cuve. 3050263 21 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la canalisation (8) du collecteur s'étend depuis le collecteur (6) en direction du distributeur (5) et est apte à être plongée dans le MCP (13). 5 14. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le fluide caloporteur est à l'état liquide (10) dans la canalisation (8) du collecteur. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la cuve (14) comprend une paroi inférieure (15), des parois latérales (16) et 10 une paroi supérieure définissant un volume intérieur recevant le au moins un MCP (13). 16. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel la canalisation (7) du distributeur et la canalisation (8) du collecteur traversent la paroi supérieure 15 de la cuve (14) pour déboucher en dehors de la cuve. 17. Dispositif selon l'une quelconque des deux revendications précédentes dans lequel au moins un échangeur (1) est agencé en appui sur la paroi inférieure (18) de la cuve. 20 18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications dans lequel le MCP (13) est un MCP solide-liquide. 19. Procédé de stockage d'énergie thermique dans un dispositif selon l'une 25 quelconque des revendications comprenant une phase de charge au cours de laquelle pour chaque échangeur : - le fluide caloporteur pénètre dans chaque échangeur (1) en partie supérieure par la canalisation (7) du distributeur (5) débouchant en partie supérieure (17) de la cuve (14), 30 - le distributeur (5) en partie supérieure de l'échangeur (1) distribue le fluide caloporteur à l'état gazeux à la pluralité de tubes (2), - le fluide caloporteur à l'état gazeux se condense dans les tubes (2) entrainant la fusion du MCP (13), - le fluide caloporteur sous forme liquide est collecté par le collecteur (6) en partie inférieure de l'échangeur (1) - Le fluide caloporteur sous forme liquide traverse l'élément 3050263 22 - Le fluide caloporteur est évacué de l'échangeur (1) par la canalisation (8) du collecteur (6). 20. Procédé selon la revendication précédente comprenant une phase de 5 décharge au cours de laquelle pour chaque échangeur : - le fluide caloporteur pénètre dans l'échangeur (1) en partie supérieure (17) par la canalisation (8) du collecteur (6) débouchant en partie supérieure (17) de la cuve (14), - Le fluide caloporteur sous forme liquide traverse l'élément 10 - le collecteur (6) en partie inférieure de l'échangeur (1) distribue le fluide caloporteur à l'état liquide à la pluralité de tubes (2), - le fluide caloporteur à l'état liquide se vaporise dans les tubes (2) entrainant la solidification du MCP (13), - le fluide caloporteur à l'état gazeux est collecté par le distributeur (5) en 15 partie supérieure et est évacué de l'échangeur (1) par la canalisation (7) du distributeur (5). 21. Procédé selon l'une quelconque des deux revendications précédentes dans lequel le fluide caloporteur est à l'état liquide dans toute la canalisation (8) du 20 collecteur (6). 22. Procédé selon l'une quelconques des trois revendications précédentes comprenant les étapes suivantes : - Mesure pression différentielle 25 - Détermination du niveau de liquide du fluide caloporteur dans l'échangeur - Contrôle de la vanne de régulation (26) agencée sur la canalisation (8) du collecteur. 30