CA1104333A - Procede de stockage de calories - Google Patents
Procede de stockage de caloriesInfo
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- CA1104333A CA1104333A CA318,231A CA318231A CA1104333A CA 1104333 A CA1104333 A CA 1104333A CA 318231 A CA318231 A CA 318231A CA 1104333 A CA1104333 A CA 1104333A
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Abstract
Procédé de stockage de chaleur, sous forme de chaleur latente de fusion-solidification consistant 3 faire passer un fluide caloporteur dans un élément de stockage thermiquement isolé contenant une substance dont le point de fusion correspond aux températures de fourniture et de consommation de la chaleur caractérisé en ce que cette substance fusible est absorbée sur un support microporeux constituant un lit granulaire au sein duquel circule le fluide caloporteur.
Description
131~9~333 La présente invention a pour objet un procédé de stockage de chaleur par chaleur latente consistant a emmagasiner la chaleur provenant d'un fluide chaud par passage de ce fluide dans un élement cle stockage -thermiquement iso]e. Cet elément de stockage contient une substance capable de fusion/solidification sous l'influence d'un apport ou d'une restitution de chaleur par l'intermédiaire d'un fluidede balayage;le point de fusion de cette substance correspond aux températures de fourniture et de consom-mation de la chaleur.
Il est connu de stocker la chaleur produite par diverses sources d'énergie, soit sous forme de chaleur sensible d'un fluide, généralement de l'eau,ou d'un solide, par exemple des galets, SOlt sous forme de chaleur latente de changement de phase d'un corps approprie au niveau de temperature utilisé.
Le premier type de stockage nécessite des dispositifs de volume important, la capacité calorifique des substances utili- ;
sées étant voisine de 0,5 cal.g l.(oC) 1, celle de l'eau atteignant la valeur exceptionnelle de 1 cal.g .( C) . En outre, le niveau de température de récupération de la chaleur stockee est nettement ~ ,. .
plus~ faible que celui d'apport de la chaleur par Ia source d'éner-gie; d'autre part, dans le cas de solides comme les galets, une : ::
grande résistance au transfert thermique entre le fluide calopor- ~
.
teur et le milieu stockant la chaleur vient encore obérer l'inté-~rêt du procédé. -Le stockage sous forme de chaleur latente de fusion permet par contre de stocker beaucoup plus de chaleur par unité
de volume de stockage et de minimiser la perte de niveau de tem- -pérature entre chaleur stockée et chaleur restituée. Le stockage sous forme de chaleur latente de fu~ion a été largement étudié
pour une gamme de température très etendue en utilisant des subs-tances très diverses, principalement des sels fusibles, des para-fines, des pol~meres et des alliages métalliques.
-1-, ~' ' ' 1~ 4333 . Cependant, une difficulté fondamentale des accumu-lateurs de chaleur sour forme de chaleur latente réside dans leur mise en oeuvre: si on utilise, par exemple, un récipient parcouru par un serpentin au travers duquel circule le fluide caloporteur et empli dlune substance susceptible de fondre ou de se solidifier à une temperature compatible avec les apports et les besoins de chaleur, les flux de chaleur aux parois.du serpentin seront t~ès faibles en particulier dans la phase de solidification correspondant à la restitution de chaleur, le transfert de chaleux n'ayant lieu que par conduction au travers d'uneepaisseur croissante de solide;,~ 7~
----- ... . . _ .
9~33;~
meme dans la phase de fusion correspondant au stockage de chaleur, le transfert de chaleur n'a lieu que par conduction et convection naturelles qui sont faibles du fait de la viscosité genéralementelevee des substances, au voisinage de leur point de solidification, en particulier des substances a fusion pâteuse.
Pour pallier ces inconvenients et augmenter au maximum le flux thermique entre le milieu stockant la chaleur et le fluide caloporteur, il faut augmenter la sur-face d'echange et diminuer l'epaisseur de ce milieu stockant.
Diverses solutions ont dejà ete proposees.
Une des plus connues consiste à encapsuler la substance fusible sous forme d'un milieu granulaire: billes, ou -spheroides, en general. Mais à moins d'utiliser des capsules -~
de tres faible diamètre ce qui pose un problème de micro-encapsulation, et, de se limiter à des temperatures faibles -car les substances permettant de réaliser simplement cette encapsulation sont généralement des polymeres - cette solution ., . ~
n'a pas un grand intérêt.
` 20 Dans le procédé qui fait l'objet de la présente invention, la substance fusible est absorbee sur un support microporeux finement divise poudre, grains ou bâtonnets.
, On constitue ainsi, un lit granulaire, au sein duquel, cir-cule le fluide caloporteur, liquide ou gazeux.
~Le milieu stockant la chaleur se trouve ainsi extrêmement divise: il en résulte une très grande surface de contact et les grains n'ayant que 1 ou 2 mm de diametre au maximum, l'épaisseur de solide au sein duquel a lieu la conduction de chaleur est tr~s faible; il en - .
résulte un coefficient global de transfert thermique très élevé permettant un flu~ de transfert important entre le fluide caloporteur et le milieu poreux au sein duquel a
Il est connu de stocker la chaleur produite par diverses sources d'énergie, soit sous forme de chaleur sensible d'un fluide, généralement de l'eau,ou d'un solide, par exemple des galets, SOlt sous forme de chaleur latente de changement de phase d'un corps approprie au niveau de temperature utilisé.
Le premier type de stockage nécessite des dispositifs de volume important, la capacité calorifique des substances utili- ;
sées étant voisine de 0,5 cal.g l.(oC) 1, celle de l'eau atteignant la valeur exceptionnelle de 1 cal.g .( C) . En outre, le niveau de température de récupération de la chaleur stockee est nettement ~ ,. .
plus~ faible que celui d'apport de la chaleur par Ia source d'éner-gie; d'autre part, dans le cas de solides comme les galets, une : ::
grande résistance au transfert thermique entre le fluide calopor- ~
.
teur et le milieu stockant la chaleur vient encore obérer l'inté-~rêt du procédé. -Le stockage sous forme de chaleur latente de fusion permet par contre de stocker beaucoup plus de chaleur par unité
de volume de stockage et de minimiser la perte de niveau de tem- -pérature entre chaleur stockée et chaleur restituée. Le stockage sous forme de chaleur latente de fu~ion a été largement étudié
pour une gamme de température très etendue en utilisant des subs-tances très diverses, principalement des sels fusibles, des para-fines, des pol~meres et des alliages métalliques.
-1-, ~' ' ' 1~ 4333 . Cependant, une difficulté fondamentale des accumu-lateurs de chaleur sour forme de chaleur latente réside dans leur mise en oeuvre: si on utilise, par exemple, un récipient parcouru par un serpentin au travers duquel circule le fluide caloporteur et empli dlune substance susceptible de fondre ou de se solidifier à une temperature compatible avec les apports et les besoins de chaleur, les flux de chaleur aux parois.du serpentin seront t~ès faibles en particulier dans la phase de solidification correspondant à la restitution de chaleur, le transfert de chaleux n'ayant lieu que par conduction au travers d'uneepaisseur croissante de solide;,~ 7~
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meme dans la phase de fusion correspondant au stockage de chaleur, le transfert de chaleur n'a lieu que par conduction et convection naturelles qui sont faibles du fait de la viscosité genéralementelevee des substances, au voisinage de leur point de solidification, en particulier des substances a fusion pâteuse.
Pour pallier ces inconvenients et augmenter au maximum le flux thermique entre le milieu stockant la chaleur et le fluide caloporteur, il faut augmenter la sur-face d'echange et diminuer l'epaisseur de ce milieu stockant.
Diverses solutions ont dejà ete proposees.
Une des plus connues consiste à encapsuler la substance fusible sous forme d'un milieu granulaire: billes, ou -spheroides, en general. Mais à moins d'utiliser des capsules -~
de tres faible diamètre ce qui pose un problème de micro-encapsulation, et, de se limiter à des temperatures faibles -car les substances permettant de réaliser simplement cette encapsulation sont généralement des polymeres - cette solution ., . ~
n'a pas un grand intérêt.
` 20 Dans le procédé qui fait l'objet de la présente invention, la substance fusible est absorbee sur un support microporeux finement divise poudre, grains ou bâtonnets.
, On constitue ainsi, un lit granulaire, au sein duquel, cir-cule le fluide caloporteur, liquide ou gazeux.
~Le milieu stockant la chaleur se trouve ainsi extrêmement divise: il en résulte une très grande surface de contact et les grains n'ayant que 1 ou 2 mm de diametre au maximum, l'épaisseur de solide au sein duquel a lieu la conduction de chaleur est tr~s faible; il en - .
résulte un coefficient global de transfert thermique très élevé permettant un flu~ de transfert important entre le fluide caloporteur et le milieu poreux au sein duquel a
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lieu.la solidification.ou la ~usio~.de la substance stockant la chaleur. D'autre part, l'ecoulemen:t du fluide caloporteur au sein du lit granulaire peut être trèa.voisin.d'un écoule-.
ment piston, vu la taille des grains utilisés, facilitan.t ainsi la mise en oeu~re de cycles stockage-déstockage~
avec un rendement élevé, et pour une perte de niveau thermique minimale O ' ' Le support poreux est choisi en fonction.de sa capacité d'absorption de la substance fusible et de la stabilité de cette absorption en présence du fluide calopor-.
teur;. en particulier, on a soin de choisir un support poreux .dont la mouillabilité par la substance fusible est nettement ~u~érieur a:.la_mou1llahili~ ar 1rr = _ _ , .i , 1~ 33 fluide caloporteur lorsque ce fluide est un liquide afin d'éviter un déplacement fâcheux - même s'il est progressif - de la subs-tance fusible dans les pores du milieu poreux et son entrainement par le fluide caloporteur.
La granulométrie est choisie par optimisation de différents critères liés à la perte de charge, au flux thermique, :.
a la taille et au coût de l'accumulateur. :
La figure unique décrit un dispositif permettant la réalisation du procédé selon l'invention.
10 Le stockage s'effectue en faisant circuler le fluide :
caloporteur à travers le lit poreux dans le sens ~ figuré sur la figure l; la restitution est effectuée en faisant:circuler le fluide caloporteur soit dans le sens ~ : déstockage:sens direct, ; soit dans le sens ~ : déstockage sens inverse.
Dans cette figure 3 représente le récipient de - stockage thermique isolé, 4 le lit granulaire, 5 les grilles, ou plateaux de soutien et répartiteurs. ~ ~
On prend un soin particulier pour obtenir une bonne :~.
dispersion du fluide caloporteur dans.le lit granulaire afin ~ .:
d'éviter les cheminements préférentiels ou "renardages", s~lon les . ..
règles de l'art observées couramment en génie chimique.
: - L'intérêt d'un tel stockage est donc de disposer, avec un flux thermique élevé, de la totalité de la capacite d~ ..
stockage sans variation importante de température.
- ~ A titre d'illustration non limitative, on peut citer : .
l'exemple suivant: . . .. .
EXEMPLE_1 La substance fusible est de la paraffine dont le polnt de fusion. ---.
est vois.in de 50 C. Elle est choisie pour être compatible avec : 30 le stockage de l'énergie.solaire recueillie à des fins de chauffa-ge domestique, chauffageà eau chaude, chauffage à air chaud, pour ~ - 3 - - .
.
' . ' ' ', ' ' ' '..... . ' , ', ' '.' ' ' . '. ',: ~ .. ' ' ' lequel les problèmes de s.tockage sont particulierement difficiles à resoudre.
Le milieu poreux'est du type charbon actif ou coke en grains ou bâtonnets; il est aisé,de réaliser par immersion du solide dans la paraffine, vers 150C, de préférence sous-vide, un remplissage complet des pores par la paraffine; on obtient alors une absorp-tion de 0/9 g de paraffine par g de charbon actlf.
La capacité de stockage sous forme de chaleur ,laten~e atteint ainsi environ 15 KWh/m3; si on utilise une différence notable de tem-pérature entre le stockage et le déstockage, on doit y ajouterla chaleur sensible de l'ensemble milieu poreux paraffine-fluide .
:
~4~;~i3 ~ . . .
caloporteur atteignant Q,75 K~hlm3 par degré Celsius d'écart si le fluide caloporteur est l'eau et 0,25 KWh/m3 par degr~ Celsius d'écart.si le ~luide caloporteur est de l'air.
On peut également utiliser ce type de stockage a beaucoup plus haute température, avec des sels fondus .
impregnant un matériaux poreux, ou a tr8sbasse température pour stocker des frigories ...
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:~
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ment piston, vu la taille des grains utilisés, facilitan.t ainsi la mise en oeu~re de cycles stockage-déstockage~
avec un rendement élevé, et pour une perte de niveau thermique minimale O ' ' Le support poreux est choisi en fonction.de sa capacité d'absorption de la substance fusible et de la stabilité de cette absorption en présence du fluide calopor-.
teur;. en particulier, on a soin de choisir un support poreux .dont la mouillabilité par la substance fusible est nettement ~u~érieur a:.la_mou1llahili~ ar 1rr = _ _ , .i , 1~ 33 fluide caloporteur lorsque ce fluide est un liquide afin d'éviter un déplacement fâcheux - même s'il est progressif - de la subs-tance fusible dans les pores du milieu poreux et son entrainement par le fluide caloporteur.
La granulométrie est choisie par optimisation de différents critères liés à la perte de charge, au flux thermique, :.
a la taille et au coût de l'accumulateur. :
La figure unique décrit un dispositif permettant la réalisation du procédé selon l'invention.
10 Le stockage s'effectue en faisant circuler le fluide :
caloporteur à travers le lit poreux dans le sens ~ figuré sur la figure l; la restitution est effectuée en faisant:circuler le fluide caloporteur soit dans le sens ~ : déstockage:sens direct, ; soit dans le sens ~ : déstockage sens inverse.
Dans cette figure 3 représente le récipient de - stockage thermique isolé, 4 le lit granulaire, 5 les grilles, ou plateaux de soutien et répartiteurs. ~ ~
On prend un soin particulier pour obtenir une bonne :~.
dispersion du fluide caloporteur dans.le lit granulaire afin ~ .:
d'éviter les cheminements préférentiels ou "renardages", s~lon les . ..
règles de l'art observées couramment en génie chimique.
: - L'intérêt d'un tel stockage est donc de disposer, avec un flux thermique élevé, de la totalité de la capacite d~ ..
stockage sans variation importante de température.
- ~ A titre d'illustration non limitative, on peut citer : .
l'exemple suivant: . . .. .
EXEMPLE_1 La substance fusible est de la paraffine dont le polnt de fusion. ---.
est vois.in de 50 C. Elle est choisie pour être compatible avec : 30 le stockage de l'énergie.solaire recueillie à des fins de chauffa-ge domestique, chauffageà eau chaude, chauffage à air chaud, pour ~ - 3 - - .
.
' . ' ' ', ' ' ' '..... . ' , ', ' '.' ' ' . '. ',: ~ .. ' ' ' lequel les problèmes de s.tockage sont particulierement difficiles à resoudre.
Le milieu poreux'est du type charbon actif ou coke en grains ou bâtonnets; il est aisé,de réaliser par immersion du solide dans la paraffine, vers 150C, de préférence sous-vide, un remplissage complet des pores par la paraffine; on obtient alors une absorp-tion de 0/9 g de paraffine par g de charbon actlf.
La capacité de stockage sous forme de chaleur ,laten~e atteint ainsi environ 15 KWh/m3; si on utilise une différence notable de tem-pérature entre le stockage et le déstockage, on doit y ajouterla chaleur sensible de l'ensemble milieu poreux paraffine-fluide .
:
~4~;~i3 ~ . . .
caloporteur atteignant Q,75 K~hlm3 par degré Celsius d'écart si le fluide caloporteur est l'eau et 0,25 KWh/m3 par degr~ Celsius d'écart.si le ~luide caloporteur est de l'air.
On peut également utiliser ce type de stockage a beaucoup plus haute température, avec des sels fondus .
impregnant un matériaux poreux, ou a tr8sbasse température pour stocker des frigories ...
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' ~', ' ' ~
.
.
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Claims (7)
sont définies comme il suit:
1. Procédé de stockage de chaleur, sous forme de chaleur latente de fusion/solidification consistant à faire passer un fluide caloporteur dans un élément de stockage thermiquement isolé contenant une substance dont le point de fusion correspond aux températures de fourniture et de consommation de la chaleur, caractérisé en ce que cette substance fusible est absorbée sur un support microporeux constituant un lit granulaire au sein duquel circule le fluide caloporteur.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le support absorbant microporeux finement divisé est constitué par des grains ou des bâtonnets de diamètre inférieur à 2 mm.
en ce que le support absorbant microporeux finement divisé est constitué par des grains ou des bâtonnets de diamètre inférieur à 2 mm.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé
en ce que le support absorbant est choisi dans le groupe constitué par les matériaux suivants: charbon actif et coke.
en ce que le support absorbant est choisi dans le groupe constitué par les matériaux suivants: charbon actif et coke.
4. Procédé selon la revendication 1 caractérise en ce que la substance fusible est choisie dans le groupe constitue par la paraffine, les sels minéraux fusibles, les hydrures métalliques, les alliages, les alliages métalliques et les polymères.
5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé
en ce que le support microporeux est imprégné par immersion dans la substance fusible, fondue, à une température et sous une dépression telles que tous les porcs du support soient remplis.
en ce que le support microporeux est imprégné par immersion dans la substance fusible, fondue, à une température et sous une dépression telles que tous les porcs du support soient remplis.
6. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 5 caractérisé en ce que le fluide caloporteur est un liquide tel que la mouillabilité support-substance fusible est supérieure à la mouillabilité support-fluide caloporteur afin d'éviter le déplacement du matériau fusible à travers le matériau support imprégné.
7. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 5, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est l'air.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7738278A FR2412046A1 (fr) | 1977-12-19 | 1977-12-19 | Procede de stockage de calories |
| FR7738278 | 1977-12-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1104333A true CA1104333A (fr) | 1981-07-07 |
Family
ID=9199026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA318,231A Expired CA1104333A (fr) | 1977-12-19 | 1978-12-19 | Procede de stockage de calories |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA1104333A (fr) |
| DE (1) | DE2854880A1 (fr) |
| FR (1) | FR2412046A1 (fr) |
| GB (1) | GB2011607B (fr) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE7909098L (sv) * | 1979-11-02 | 1981-05-03 | En Lagring System Ab | Lokaluppvermningssystem som har luft eller vetska som vermetransportmedium |
| DE3038723A1 (de) * | 1980-10-14 | 1982-05-06 | L. & C. Steinmüller GmbH, 5270 Gummersbach | Waermespeichermasse fuer regenerativen waermeaustausch |
| DE4100819C2 (de) * | 1991-01-14 | 1995-10-26 | Herrmann Waermesysteme Gmbh | Vorrichtung zur Speicherung von Wärme |
| DE4100818C2 (de) * | 1991-01-14 | 1994-05-05 | Herrmann Gmbh & Co Kg | Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von Wärme |
| US6227285B1 (en) | 1992-12-02 | 2001-05-08 | Schümann Sasol Gmbh & Co. Kg | Heat storage medium |
| JPH08509247A (ja) * | 1992-12-02 | 1996-10-01 | エスティー・スペイシェル−テクノロジー・ゲーエムベーハー | 蓄熱媒体 |
-
1977
- 1977-12-19 FR FR7738278A patent/FR2412046A1/fr active Granted
-
1978
- 1978-12-18 GB GB7848864A patent/GB2011607B/en not_active Expired
- 1978-12-19 DE DE19782854880 patent/DE2854880A1/de not_active Withdrawn
- 1978-12-19 CA CA318,231A patent/CA1104333A/fr not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2011607A (en) | 1979-07-11 |
| DE2854880A1 (de) | 1979-06-21 |
| FR2412046B1 (fr) | 1982-04-30 |
| GB2011607B (en) | 1982-03-31 |
| FR2412046A1 (fr) | 1979-07-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MKEX | Expiry |