Brevet FR3131365A1 — publié le 20230630

Procédé de préparation d'un système de stockage thermique et dispositif associé L’invention concerne un procédé de préparation d'un système de stockage thermique par un mélange de matériaux à changement de phase (MCP) liquide/solide comprenant une cuve de stockage du mélange de MCPs, et un système de circulation plongeant dans la cuve, destiné à la circulation d’un fluide caloporteur pour stocker et extraire de la chaleur du mélange de MCPs, et un dispositif d'injection de gaz pour former des bulles de gaz en partie inférieure de la cuve dans le mélange de MCPs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : d'introduction dans la cuve, à l'état solide, de chaque MCP, destiné à former le mélange de MCP, de chauffage de la cuve par la circulation du fluide caloporteur chaud pour faire passer chaque MCP introduit dans la cuve de l'état solide à l'état liquide, d'agitation par le dispositif d'injection de gaz des MCPs à l'état liquide dans la cuve pour obtenir le mélange de MCPs à l'état liquide. Figure pour l’abrégé : Fig.2B Procédé de préparation d'un système de stockage thermique et dispositif associé La présente invention concerne les Systèmes de Stockage Thermique (SST) par un mélange de Matériaux à Changement de Phase (MCP) Solide-Liquide. Tous les SST utilisant un mélange, eutectique ou non, de deux MCPs ou plus sont susceptibles d’être concernés par l’invention, et plus particulièrement les MCPs présentant un problème de surfusion. La présente invention trouvera son application pour des SST sur des réseaux de chaleur, urbains, ruraux ou industriels ainsi que dans le stockage de l’énergie solaire. L’invention pourra également trouver des applications dans l’habitat, le transport thermique hors réseaux (camions, bateaux...) et le management thermique de systèmes embarqués. ETAT DE LA TECHNIQUE Les systèmes de stockage thermique (SST) permettent notamment une meilleure intégration des énergies renouvelables intermittentes lorsqu’ils sont insérés sur un réseau de chaleur. Les SST par chaleur latente ont l’avantage d’avoir des densités de stockages plus élevées (jusqu’à plus de 100kWh/m 3 ) que les technologies par chaleur sensible, principalement utilisées aujourd’hui. Toutefois les performances d’un SST par chaleur latente sont intimement liées aux propriétés du Matériau à Changement de Phase (MCP) utilisé pour stocker la chaleur latente. Il est donc nécessaire de proposer de nouveau MCP plus performant, plus stable chimiquement, inoffensif et si possible biosourcé. Dans ce contexte les mélanges de MCPs sont de plus en plus étudiés, car ils permettent notamment d’abaisser la température de fusion du mélange par rapport à celles de chacun des composants du mélange. Les eutectiques binaires, des mélanges de deux matériaux dans des proportions spécifiques permettant d’obtenir le même comportement en fusion qu’un corps pur, sont particulièrement étudiés. Ces différents mélanges permettent d’élargir le catalogue de MCPs disponible et donc d’aller chercher de nouvelles températures d’application. Par exemple, pour une utilisation sur les réseaux de chaleur, les températures maximales fournies par le réseau ont tendance à diminuer et le développement de nouveaux MCPs adaptés à ces températures plus faibles est alors nécessaire. Une solution consiste à utiliser des mélanges de plusieurs MCPs, individuellement utilisés pour des températures de stockage plus élevées. Le xylitol et l’érythritol, à titre d’exemple, sont deux alcools de sucre identifiés comme des MCPs prometteurs pour des applications entre 90°C et 120°C. Toutefois, ces deux matériaux peuvent former un eutectique binaire avec une température de fusion permettant des applications à 80°C, mieux adapté aux températures des sous-stations de réseau de chaleur urbain. Des compositions de mélanges pour diverses applications sont décrites dans la littérature scientifique. A l’échelle du laboratoire, la préparation de ces mélanges est relativement simple et est souvent réalisée en mélangeur ou agitateur de type Turbula®. Les différents composants du mélange sont broyés et agités sous forme de poudre pour homogénéiser le produit final avant son utilisation comme matériau de stockage thermique. Habituellement, les MCPs à l'état solide, notamment sous forme de poudre, sont mélangés et livrés sous cette forme pour ensuite effectuer le remplissage des cuves des SST sous leur forme solide ou éventuellement directement sous forme liquide. Pour des cuves de stockage thermique pouvant utiliser plusieurs tonnes de MCPs, la préparation du mélange homogène sous forme solide peut s’avérer extrêmement couteuse et représente un frein conséquent à l’utilisation de ces mélanges de MCPs, pourtant prometteurs. Par ailleurs, il existe des systèmes de stockage thermique par MCP qui comprennent des systèmes d'injection de gaz configurés pour générer des bulles de gaz dans la partie inférieure du stockage et qui remontent d'injection de gaz est utilisé pour rompre la surfusion de certains MCPs comme les alcools de sucre dans une optique d’amorçage de la cristallisation des MCPs utilisés. La présente invention a pour but de proposer une solution qui permet de préparer un système de stockage thermique avec un mélange de MCPs qui soit facile à mettre en œuvre et peu couteuse. Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. RESUME Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation l'invention prévoit un procédé de préparation d'un système de stockage thermique (SST) par un mélange de matériaux à changement de phase (MCP) liquide/solide comprenant : une cuve de stockage d’énergie thermique destinée à recevoir le mélange de MCPs, et un système de circulation plongeant dans la cuve, destiné à la circulation d’un fluide caloporteur issu d’un réseau externe de circulation du fluide caloporteur, pour stocker et extraire de la chaleur du mélange de MCPs, et un dispositif d'injection de gaz configuré pour former des bulles de gaz en partie inférieure de la cuve dans le mélange de MCPs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : d'introduction dans la cuve, à l'état solide, de chaque MCP, destiné à former le mélange de MCPs de chauffage de la cuve par la circulation du fluide caloporteur chaud dans le système de circulation pour faire passer chaque MCP introduit dans la cuve de l'état solide à l'état liquide, d'agitation par le dispositif d'injection de gaz des MCPs à l'état liquide dans la cuve pour obtenir le mélange de MCPs à l'état liquide. Ce procédé de préparation permet de remplir directement le SST avec chaque composant du mélange final, ce qui permet de complètement supprimer une étape jusqu’ici obligatoire: la confection et l’homogénéisation du mélange sous forme solide, notamment de poudre, avant remplissage. Ce procédé a donc l’avantage d’être bien moins couteux et est relativement simple à mettre en œuvre. De plus, l’agitation par bullage est peu intrusive et relativement simple à mettre en œuvre au cours du procédé de préparation. L'agitation créée par bullage est certes moins intense, mais plus homogène qu’une agitation mécanique par hélice et permet plus facilement d’agiter l’ensemble de la cuve. Selon ce procédé, le mélange est donc réalisé à chaud sous forme liquide directement dans la cuve du SST. Préférentiellement chaque MCP est introduit dans la cuve sous forme de poudre. Avantageusement, le procédé ne comprend pas de mélange des MCPs à l'état solide, préalable à l'introduction des MCPs dans la cuve. Un autre aspect concerne un système de stockage thermique par un mélange de matériaux à changement de phase (MCP) liquide/solide pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit ci-dessus comprenant : une cuve (1) de stockage d’énergie thermique destinée à recevoir le mélange de MCP, et un système de circulation plongeant dans la cuve (1), destiné à la circulation d’un fluide caloporteur issu d’un réseau externe de circulation du fluide caloporteur, pour stocker et extraire de la chaleur du mélange de MCP, et un dispositif d'injection de gaz configuré pour former des bulles de gaz en partie inférieure de la cuve dans le mélange de MCP permettant de générer une agitation des MCP à l'état liquide dans la cuve pour obtenir le mélange de MCP à l'état liquide un module d'introduction dans la cuve, à l'état solide, de chaque MCP, destiné à former le mélange, le module d'introduction étant amovible. Un autre aspect concerne une utilisation d'un dispositif d'injection de gaz dans une cuve d'un système de stockage thermique tel que décrit ci-dessus lors d'un procédé de préparation d'un SST tel que décrit ci-dessus pour former des bulles de gaz en partie inférieure de la cuve dans des MCPs permettant de générer une agitation des MCPs à l'état liquide pour obtenir le mélange de MCPs à l'état liquide. BREVE 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 dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : Les figures 1A à 1D représentent les différentes étapes du procédé selon un premier mode de réalisation de l'invention, Les figures 2A à 2D représentent les différentes étapes du procédé selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. Procédé de préparation d'un système de stockage thermique (SST) par un mélange de matériaux à changement de phase (MCP) liquide/solide comprenant : une cuve (5) de stockage d’énergie thermique destinée à recevoir le mélange de MCPs (4), et un système de circulation plongeant dans la cuve (5), destiné à la circulation d’un fluide caloporteur issu d’un réseau externe de circulation du fluide caloporteur, pour stocker et extraire de la chaleur du mélange de MCPs (4), et un dispositif d'injection de gaz (11) configuré pour former des bulles (12) de gaz en partie inférieure de la cuve (5) dans le mélange de MCPs (4), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : d'introduction dans la cuve (5), à l'état solide, de chaque MCP (1,2, 3), destiné à former le mélange de MCPs (4) de chauffage de la cuve par la circulation du fluide caloporteur chaud dans le système de circulation pour faire passer chaque MCP (1,2, 3) introduit dans la cuve (5) de l'état solide à l'état liquide, d'agitation par le dispositif d'injection de gaz (11) des MCPs (1,2, 3) à l'état liquide dans la cuve (5) pour obtenir le mélange de MCPs (4) à l'état liquide. Procédé selon la revendication précédente dans lequel le chauffage de la cuve (5) est au moins partiellement simultané à l'introduction dans la cuve (5) de chaque MCP (1,2, 3) à l'état solide. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'agitation est au moins partiellement simultanée au chauffage. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque MCP (1,2, 3) est introduit dans la cuve (5) sous forme de poudre. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque MCP (1,2, 3) introduit lors de l'étape d'introduction dans la cuve (5) est à température ambiante entre 20 et 25°C. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'introduction dans la cuve (5) est réalisée par au moins une canne de transfert de poudre introduite dans la cuve (5). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le chauffage de la cuve (5) est réalisé à une température supérieure aux températures de fusion de chaque MCP (1,2, 3). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes ne comprenant pas de mélange des MCPs (4) à l'état solide, préalable à l'introduction des MCPs (1,2, 3) dans la cuve (5). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'agitation est réalisée par les bulles (12) de gaz, le gaz étant choisi parmi le groupe comprenant de l'air, ou un gaz inerte tel que de l'azote. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant une étape de mise en place et de retrait du dispositif d'injection de gaz (11) dans la cuve (5). Système de stockage thermique par un mélange de matériaux à changement de phase (MCP) liquide/solide pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 comprenant : une cuve (5) de stockage d’énergie thermique destinée à recevoir le mélange de MCPs (4), et un système de circulation plongeant dans la cuve (5), destiné à la circulation d’un fluide caloporteur issu d’un réseau externe de circulation du fluide caloporteur, pour stocker et extraire de la chaleur du mélange de MCPs (4), et un dispositif d'injection de gaz (11) configuré pour former des bulles (12) de gaz en partie inférieure de la cuve (5) dans le mélange de MCPs (4) permettant de générer une agitation des MCPs (1,2, 3) à l'état liquide dans la cuve(5)pour obtenir le mélange de MCPs (4) à l'état liquide un module d'introduction dans la cuve (5), à l'état solide, de chaque MCP (1,2, 3), destiné à former le mélange de MCPs (4), le module d'introduction étant amovible.