FR2465946A1

FR2465946A1 - Insulated reservoir for large quantities of hot water - has double skinned inflated enclosure submerged in water and surrounded by expanded polystyrene insulation

Info

Publication number: FR2465946A1
Application number: FR7920330A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-08-08
Filing date: 1979-08-08
Publication date: 1981-03-27
Also published as: FR2465946B1

Abstract

The storage reservoir whose dimensions are in the order of 150 metres square and 25 metres deep is used for the seasonal storage of large quantities of hot water. The enclosure has an outer skin (2) and an inner skin (1) of a flexible water tight material. The side and upper air spaces are filled with a cellular material (7) such as expanded polystyrene to reduce the movement of the air with which the enclosure is inflated. The side walls consist of several separate compartments each capable of being inflated to a pressure equal to the hydrostatic pressure of the water (4) at that particular depth. Concrete slabs (8) are used as ballast to balance the natural buoyancy of the tank. Heat losses are further reduced by coating the inside of the outer skin (2) with a metallised finish. The storage may be coupled to a form of natural heating such as solar, or geothermal heat.

Description

La présente invention se rapporte au stockage sur une période d'au moins plusieurs mois (stockage dit Zsaisonnier") d'eau chaude à, environ, 500C, en vue par exemple, mais non exclusivement, du chauffage des habitations, cette eau chaude étant, par exemple, produite par l'énergie solaire ou ayant une origine géo-thermique, ou autre. The present invention relates to the storage over a period of at least several months (so-called "seasonal storage") of hot water at, approximately, 500C, with a view for example, but not exclusively, of heating of dwellings, this hot water being , for example, produced by solar energy or having a geothermal origin, or other.

Le problème que pose un tel stockage réside dans la nécessité de limiter les fuites thermiques à un niveau acceptable tout en ne mettant en oeuvre, dans ce but, que des moyens d'isolation relativement peu onéreux. The problem posed by such storage lies in the need to limit thermal leakage to an acceptable level while using, for this purpose, only relatively inexpensive insulation means.

De façon idéale, les fuites thermiques peuvent être limitées de façon satisfaisante au moyen d'un isolant à couches d'air emprisonnées, pour éviter la convection le long des parois où le gradient thermique est dirigé vers le bas. Ideally, thermal leakage can be satisfactorily limited by means of an insulation with trapped air layers, to avoid convection along the walls where the thermal gradient is directed downwards.

Toutefois, étant donné de l'eau à 50 C, les quantités d'isolant nécessaires pour bloquer les fuites thermiques dans le cas d'un stockage saisonnier sont excessives lorsque le volume est moyennement important. Il est facile de voir que seul le stockage d'un volume important d'eau chaude permet de ne mettre en oeuvre que des épaisseurs d'isolant acceptables, à savoir des épaisseurs ne dépassant guère 50 cm. However, given the water at 50 ° C., the quantities of insulation necessary to block thermal leaks in the case of seasonal storage are excessive when the volume is moderately large. It is easy to see that only the storage of a large volume of hot water makes it possible to use only acceptable insulation thicknesses, namely thicknesses hardly exceeding 50 cm.

On peut calculer que,pour une épaisseur d'isolant de l'ordre de 40 cm et en acceptant une perte relative de 5% de l'énergie stockée sur 6 mois, le volume d'eau à stocker correspondrait à une cuve ou excavation de 2 hectares de superficie au 801 et d'une profondeur de 25 mètres, cette profondeur étant nécessaire pour stocker l'énergie solaire captée par m , au cours de l'année, sous nos latitudes. We can calculate that, for an insulation thickness of around 40 cm and accepting a relative loss of 5% of the energy stored over 6 months, the volume of water to be stored would correspond to a tank or excavation of 2 hectares of area at 801 and a depth of 25 meters, this depth being necessary to store the solar energy collected by m, during the year, in our latitudes.

Or, étant donné un ouvrage de ces dimensions, la pression hydrostatique sur les parois de l'enceinte exigerait l'utilisation, sur les parois latérales et sur le fond, d'un matériau isolant ayant à la fois la conductivité thermique requise et une tenue mécanique suffisante. Si de tels matériaux existent (notamment les bétons légers, le polyuréthane, le wfoamglass") leur prix est tel que le coût pour l'équipement d'un tel ouvrage serait prohibitif. However, given a structure of these dimensions, the hydrostatic pressure on the walls of the enclosure would require the use, on the side walls and on the bottom, of an insulating material having both the required thermal conductivity and a resistance sufficient mechanical. If such materials exist (in particular light concretes, polyurethane, wfoamglass ") their price is such that the cost for equipping such a structure would be prohibitive.

I1 y a lieu de noter en outre que l'utilisation pour le stockage de l'eau chaude d'une excavation creusée dans le sol, ou d'une cuve, se heurte à d'autres difficultés d'une part, les parois doivent présenter une parfaite étanchéité et, d'autre part, les interventions d'entretien ou de réparation des parois ou du revêtement isolant sont rendues difficiles du fait qu'elles doivent s'effectuer dans de l'eau chaude. It should also be noted that the use for the storage of hot water of an excavation dug in the ground, or of a tank, encounters other difficulties on the one hand, the walls must present a perfect seal and, on the other hand, maintenance or repair operations on the walls or the insulating coating are made difficult because they must be carried out in hot water.

La présente invention a pour but de réaliser un stockage calorifugé d'importantes quantités d'eau, n'exigeant que la mise en oeuvre de moyens d'isolation relativement peu coflteux et dont les conditions d'entretien sont bonnes. The object of the present invention is to provide heat-insulated storage of large quantities of water, requiring only the use of relatively inexpensive insulation means and the maintenance conditions of which are good.

L'invention est essentiellement caractérisée en ce que le volume d'eau à isoler thermiquement est enfermé dans une enceinte souple ou semi-rigide, entièrement étanche et comportant des moyens d'isolation thermique, l'enceinte étant complètement ou partiellement immergée dans une eau, sensiblement à la température ambiante. The invention is essentially characterized in that the volume of water to be thermally insulated is enclosed in a flexible or semi-rigid enclosure, entirely sealed and comprising thermal insulation means, the enclosure being completely or partially immersed in water , substantially at room temperature.

Cette immersion permet de n'utiliser, pour la réalisation des parois de l'enceinte, que des matériaux à tenue mécanique relativement faible et donc relativement peu coûteux. Par ailleurs, les opérations d'entretien ou de réparation de l'enceinte peuvent s'effectuer dans une eau sensiblement à la température ambiante. This immersion makes it possible to use, for the production of the walls of the enclosure, only materials with relatively low mechanical strength and therefore relatively inexpensive. Furthermore, maintenance or repair operations on the enclosure can be carried out in water at approximately room temperature.

Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, ladite enceinte, de-forme sensiblement parallélépipédique, est constituée par une enveloppe à double paroi, souple ou semi-rigide, remplie d'air comprimé, à la pression hydrostatique locale régnant à la profondeur considérée et contenant, le long des parois où le gradient thermique est dirigé vers le bas, un matériau isolant tel que du polystyrène expansé, la face du parallélépipède formant la base ou plancher de l'enceinte étant lestée par une dalle de béton dont la masse assure l'indéformabilité de l'ensemble. According to a preferred embodiment of the invention, said enclosure, of substantially parallelepiped shape, is constituted by a double-walled envelope, flexible or semi-rigid, filled with compressed air, at the local hydrostatic pressure prevailing at the depth considered and containing, along the walls where the thermal gradient is directed downwards, an insulating material such as expanded polystyrene, the face of the parallelepiped forming the base or floor of the enclosure being ballasted with a concrete slab whose mass ensures the undeformability of the assembly.

Dans le cas du chauffage de l'eau stockée par l'énergie solaire, la face supérieure supporte une dalle de béton de faible épaisseur, destinée à recevoir les batteries de capteurs solaires. In the case of heating the water stored by solar energy, the upper face supports a thin concrete slab, intended to receive the batteries of solar collectors.

L'enceinte selon l'invention est, dans ce cas, équipée d'échangeurs de grande surface connectés aux canalisations extérieures reliées ellesmeAmes aux postes d'utilisation de l'eau chaude. The enclosure according to the invention is, in this case, equipped with large surface exchangers connected to the external pipes connected themselves to the hot water use stations.

D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, avec référence au dessin annexé qui représente une vue en coupe d'une enceinte selon l'invention, immergée dans une excavation remplie d'eau. Other characteristics of the invention will emerge from the description which follows, with reference to the appended drawing which represents a sectional view of an enclosure according to the invention, immersed in an excavation filled with water.

L'enceinte selon l'invention qui est schématiquement représentée, a la forme d'un parallélépipède, rectangle ou carré, d'environ 150 mètres de côté et 25 mètres de haut et est constituée par une enveloppe en matériau semi-rigide à double paroi , à savoir une paroi interne 1 et une paroi externe 2, espacées l'une de l'autre d'environ 50 cm. Cette enceinte contient l'eau chaude 3 et est elle-même presque complètement immergée sous une eau 4, à la température ambiante, qui est contenue dans une excavation naturelle ou artificielle 5. The enclosure according to the invention which is schematically represented, has the shape of a rectangular, rectangular or square, about 150 meters side and 25 meters high and is constituted by an envelope of semi-rigid material with double wall , namely an inner wall 1 and an outer wall 2, spaced from each other by about 50 cm. This enclosure contains hot water 3 and is itself almost completely submerged under water 4, at room temperature, which is contained in a natural or artificial excavation 5.

L'air contenu dans l'espace compris entre les parois 1 et 2 est comprimé à la pression hydrostatique locale régnant à la profondeur considérée. The air contained in the space between walls 1 and 2 is compressed to the local hydrostatic pressure prevailing at the depth considered.

A cet effet, l'espace compris entre les parois 1 et 2 des faces latérales verticales est compartimenté par des cloisons horizontales 6 reliant lesdites parois 1 et 2. To this end, the space between the walls 1 and 2 of the vertical lateral faces is compartmentalized by horizontal partitions 6 connecting said walls 1 and 2.

Ces cloisons 6 sont espacées de telle sorte qu'elles délimitent des compartiments d'environ 2 mètres de hauteur s'étendant, les uns au-dessus des autres, sur tout le périmètre de l'enceinte. Ainsi, l'air de chaque compartiment peut être comprimé sensiblement à la pression hydrostatique régnant à la profondeur du compartiment considéré, ce qui permet de limiter la déformation de la double paroi due aux différences de pression régnant aux diverses profondeurs.These partitions 6 are spaced such that they delimit compartments of approximately 2 meters in height extending, one above the other, over the entire perimeter of the enclosure. Thus, the air in each compartment can be compressed substantially to the hydrostatic pressure prevailing at the depth of the compartment considered, which makes it possible to limit the deformation of the double wall due to the pressure differences prevailing at the various depths.

Afin d'assurer une isolation par air non convectif, l'espace compris entre les parois au niveau de la face supérieure de l'enceinte et au niveau des faces latérales, est rempli, à environ 90% son volume, par un matériau 7 à bulles d'air emprisonnées, tel que le polystyrène expanse. In order to ensure non-convective air insulation, the space between the walls at the level of the upper face of the enclosure and at the level of the lateral faces, is filled, to approximately 90% by volume, with a material 7 to trapped air bubbles, such as expanded polystyrene.

Par contre, l'espace compris entre les parois de la face inférieure peut sans inconvénient ne recevoir que de l'air comprimé (région non convective > . On the other hand, the space between the walls of the lower face can without disadvantage receive only compressed air (non-convective region>.

La face inférieure, ou plancher, de l'enceinte est recouverte d'une dalle de lestage en béton 8, qui a pour effet de maintenir la forme parallélépipédique de l'enceinte. The underside, or floor, of the enclosure is covered with a concrete ballast slab 8, which has the effect of maintaining the parallelepiped shape of the enclosure.

La dimension de cette dalle est telle que le poids de l'eau 2 2 au m équilibre la poussée d'Archimède par m sur la double paroi inférieure de l'enceinte.The size of this slab is such that the weight of the water 2 2 per m balances the buoyancy by m on the double bottom wall of the enclosure.

La paroi externe 2 est revêtue d'une couche métallisée 9 formant écran infrarouge pour le rayonnement thermique de l'eau chaude. The outer wall 2 is coated with a metallized layer 9 forming an infrared screen for the thermal radiation of hot water.

Cette couche est, de préférence, appliquée sur la face interne de la paroi 2, de sorte qu'elle est à l-'abri de l'action corrosive de l'eau. This layer is preferably applied to the internal face of the wall 2, so that it is sheltered from the corrosive action of water.

Dans les cas d'utilisation de l'enceinte dans lesquels l'eau contenue dans celle-ci subit une élévation de température, un volume 10, permettant la dilatation de l'eau stockée, est réservé entre le niveau de l'eau stockée et la double paroi supérieure,
Dans le cas où l'enceinte est utilisée en liaison avec une batterie de capteurs solaires, ceux-ci (non représentés sur le dessin annexé) sont montés sur une dalle de béton de faible épaisseur 11 coulée sur la face supérieure de l'enceinte.In the cases of use of the enclosure in which the water contained in it undergoes a rise in temperature, a volume 10, allowing the expansion of the stored water, is reserved between the level of the stored water and the upper double wall,
In the case where the enclosure is used in connection with a battery of solar collectors, these (not shown in the attached drawing) are mounted on a thin concrete slab 11 cast on the upper face of the enclosure.

Dans ce cas également, l'enceinte est équipée par un circuit de canalisations d'eau entre les capteurs et l'intérieur de l'enceinte, ainsi que par des échangeurs de grande surface connectés aux canalisations aboutissant aux circuits d'utilisation. In this case also, the enclosure is equipped by a circuit of water pipes between the sensors and the inside of the enclosure, as well as by large area exchangers connected to the pipes leading to the use circuits.

L'enceinte terminée flotte dans l'eau de l'excavation de telle sorte que sa face inférieure, ou plancher, est à environ 2 mètres au-dessus du fond de l'excavation. Les parois de cette dernière peuvent ne pas présenter une étanchéité parfaite compte tenu que les pertes éventuelles en eau à la température sensiblement ambiante ne représentent pas une perte en calories inacceptable, comme ce serait le cas pour des pertes en eau chaude. En conséquence, le niveau de l'eau 2 peut sans inconvénient être complété par un apport d'eau. The completed enclosure floats in the excavation water so that its underside, or floor, is approximately 2 meters above the bottom of the excavation. The walls of the latter may not have a perfect seal given that the possible losses of water at substantially ambient temperature do not represent an unacceptable loss of calories, as would be the case for losses of hot water. Consequently, the water level 2 can without disadvantage be supplemented by a supply of water.

Le matériau dont est constituée l'enceinte doit être a la fois souple, résistant, et parfaitement étanche t il doit également être susceptible d'etre soudé à lui-même de façon extrêmement solide et cette opération doit pouvoir être effectuée notamment sous l'eau. Le matériau connu sous la dénomination Nhypalonll répond à ces conditions, mais cette indication n'a aucun caractère limitatif. The material of which the enclosure is made must be both flexible, resistant, and perfectly waterproof; it must also be capable of being welded to itself in an extremely solid manner, and this operation must be able to be carried out in particular under water. . The material known under the name Nhypalonll meets these conditions, but this indication is in no way limiting.

Le montage de l'enceinte, qui ne sera pas décrit ici en détail, s'effectue, de façon relativement aisée, à partir par exemple, de feuilles d'hypalon de 2 mètres de large fournies par le fabricant de ce matériau. The assembly of the enclosure, which will not be described here in detail, is carried out, relatively easily, from, for example, 2 meter wide hypalon sheets supplied by the manufacturer of this material.

Le montage de l'enceinte peut s'effectuer avantageusement en commençant par le plancher et en élevant les parois latérales compartiment par compartiment. La mise en eaude la partie enclose de l'enceinte au fur et à mesure de l'achèvement des compartiments de pair avec la mise en eau de l'excavation à un niveau correspondant, permet de maintenir les double-parois latérales en position verticale au fur et a mesure de leur érection grâce à un gonflage convenable de celles-ci, sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours à des structures provisoires de soutien. The assembly of the enclosure can be carried out advantageously starting with the floor and raising the side walls compartment by compartment. The placing in the enclosed part of the enclosure as the compartments are completed, along with the filling of the excavation to a corresponding level, makes it possible to maintain the side double walls in a vertical position. as and when they are erected by means of a suitable inflation thereof, without it being necessary to have recourse to temporary support structures.

Claims

1.- A method for insulating storage of large quantities of hot water, characterized in that the hot water is enclosed in a flexible or semi-rigid enclosure, entirely sealed, comprising means of thermal insulation, said enclosure being completely or partially immersed in water at room temperature.

2.- enclosure for the implementation of the method according to claim 1, having substantially the shape of a rectangular or square parallelepiped and having double walls of a flexible or semi-rigid material, the space between the walls being filled with 'pressurized air.

3.- enclosure according to claim 2 in which the walls of the double-walled side faces are joined together by horizontal partitions spaced from one another, so that they delimit watertight compartments, arranged one above the others, and extending over the entire perimeter of the enclosure, these compartments being filled with compressed air at hydrostatic pressure prevailing at the depth considered.

4.- enclosure according to one of claims 2 and 3 wherein the space between said walls is at the upper face and the four side faces, lined, to the extent of about 90% of the volume, of a material insulation with trapped air bubbles, of the expanded polystyrene type.

5.- enclosure according to one of claims 2 to 4 wherein the outer wall is coated with a metallized layer forming an infrared screen.

6. Enclosure according to one of claims 2 to 5 wherein the upper face of the lower double wall forming the floor of the enclosure is covered with a concrete slab.

7.- enclosure according to one of claims 2 to 6 wherein the upper face of the upper double wall of the enclosure is covered with a thin concrete slab.

8.- enclosure according to claim 7 wherein the concrete slab covering the upper face of the upper double wall is equipped with solar collectors and in which are arranged heat exchangers connected to pipes connected to the circuits of use of hot water from said exchangers.

9.- Enclosure according to one of claims 2 to 8 for the storage for a few months of hot water at about 500C, having about 150 meters side and 25 meters in height, the spacing between the walls of said double walls being a few tens of centimeters and said compartments being about 2 meters high.