FR2954816A1 - Dispositif de chauffage central solaire a accumulation d'energie - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de chauffage à accumulation d'énergie comprenant une pluralité de matériaux thermiques aptes à accumuler et restituer de l'énergie thermique par au moins l'un des phénomènes suivants : changement de température, changement de phase, des premiers moyens d'apport de chaleur comprenant des moyens de circulation d'un fluide caloporteur, des premiers et des seconds moyens de prélèvement de chaleur comprenant, respectivement, des moyens de circulation d'un premier et d'un second fluide de chauffage. Les matériaux thermiques sont disposés, au moins selon une section, selon des couches sensiblement concentriques, et les moyens d'apport et de prélèvement de chaleur sont disposés à l'intérieur des matériaux thermiques, et à une distance sensiblement croissante, au moins selon une section, du centre du dispositif dans l'ordre suivant : premiers moyens d'apport de chaleur, premiers moyens de prélèvement de chaleur, seconds moyens de prélèvement de chaleur. L'invention concerne aussi un procédé mis en œuvre dans ce dispositif ou cet appareil.

Description

-1- « Dispositif de chauffage central solaire à accumulation d'énergie »
Domaine technique La présente invention concerne un dispositif à accumulation d'énergie 5 thermique pour le chauffage et la production d'eau chaude à partir d'énergie solaire. Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui de l'utilisation des énergies renouvelables et en particulier solaire à des fins de production d'eau chaude domestique voire industrielle et 10 de chauffage de bâtiments. Etat de la technique antérieure Le remplacement des sources d'énergies fossiles par des énergies renouvelables pour le chauffage des bâtiments et la production d'eau chaude domestique et/ou industrielle représente un enjeu important dans le cadre 15 des préoccupations actuelles relatives à l'économie des énergies fossiles et la limitation des émissions de gaz à effet de serre. Parmi les sources d'énergies renouvelables disponibles, l'énergie solaire représente une alternative très prometteuse. L'utilisation de cette énergie solaire à des fins de production d'eau chaude, aussi bien pour des besoins 20 individuels que pour des besoins collectifs, est déjà devenue très courante. Son utilisation combinée pour le chauffage est également d'intérêt croissant. En effet on estime qu'un système solaire combiné (produisant eau chaude et chauffage) peut couvrir de 20 à 40 % des besoins annuels, selon la région et la taille de l'installation.
25 De manière habituelle, un système de chauffage solaire combiné comprend : - des capteurs solaires thermiques, dont la fonction est de capter le rayonnement solaire et de le transformer en chaleur, pour chauffer l'eau sanitaire et/ou alimenter un système de chauffage. Ces capteurs ont le plus 30 souvent la forme d'un coffre rigide et vitré à l'intérieur duquel une plaque et des tubes métalliques noirs reçoivent le rayonnement solaire et chauffent un liquide caloporteur ; - des moyens de distribution d'eau chaude pour l'utilisation domestique ou le chauffage, par un réseau de tuyauteries semblable à celui utilisé dans les 35 systèmes basés sur des chaudières classiques ; -2- - des moyens de stockage de l'énergie thermique tels que par exemple un ballon-tampon ; - pour le chauffage, des émetteurs de chaleur tels que des radiateurs à basse température, des dalles chauffantes, etc. ; - une régulation ; - un système d'appoint qui permet de pallier les insuffisances du rayonnement solaire. Ce système peut être totalement indépendant de l'installation solaire (cheminée, poêle à bois, convecteurs électriques, etc.). Il peut également y être couplé, auquel cas la régulation peut gérer également la mise en route et l'arrêt du système d'appoint en fonction de l'ensoleillement, ou de la demande en chauffage ou en eau chaude sanitaire. Il s'agit le plus souvent alors d'une chaudière classique, par exemple au fioul, au gaz, au bois, ou électrique. L'inconvénient de l'énergie solaire, comme de beaucoup d'énergies renouvelables, est que sa disponibilité dans le temps n'est pas maîtrisable et surtout ne coïncide pas toujours avec les besoins. Il est donc nécessaire de la stocker en vue de son utilisation ultérieure. Le stockage d'énergie reste un des points faibles des installations actuelles. Il est effectué le plus souvent en chauffant un volume d'eau dans un ballon, appelé précisément ballon-tampon. Le principe physique utilisé pour le stockage d'énergie dans ce cas est le transfert thermique par Chaleur Sensible. Le matériau cède ou stocke de l'énergie par variation de sa température, sans changer d'état. La grandeur utilisée pour quantifier la Chaleur Sensible échangée par un matériau est la Chaleur Massique, usuellement notée Cp et exprimée en J/(kg.K). Dans le cas de l'eau, Cp = 4186 J/(kg.K). Il est également possible de stocker de l'énergie dans un matériau en mettant à profit ses changements de phase ou d'état, c'est-à-dire ses transitions entre les états gazeux, liquide et solide, voire entre des états solides. Le principe physique utilisé dans ce cas est le transfert thermique par Chaleur Latente. Le matériau stocke ou cède de l'énergie par simple changement d'état, tout en conservant une température constante, celle du changement d'état. La grandeur utilisée pour quantifier la Chaleur Latente échangée par un matériau est la Chaleur Latente de Changement de Phase usuellement notée Lf pour un changement de phase Liquide/Solide, et 2954816 -3- exprimée en J/kg. Le potentiel de stockage d'énergie par Chaleur Latente est sensiblement plus élevé que par Chaleur Sensible. Par exemple dans le cas de l'eau, Lf = 330 x 103 J/kg. Les Matériaux à Changement de Phase (également appelés MCP) 5 commencent à être d'un usage assez courant, notamment pour les systèmes de production d'eau chaude domestique. On trouve par exemple des systèmes proposant des ballons de stockage d'eau chaude dans lesquels sont intégrés des modules renfermant un matériau à changement de phase, à base de sels hydratés par exemple avec une température de fusion de l'ordre de 60°C à 10 70°C. Un autre paramètre important dans un système de stockage d'énergie thermique est la conductivité thermique, qui détermine la capacité du système à transférer son énergie. Malheureusement les MCP ont une conductivité thermique faible, typiquement de l'ordre de 0,15 W/(m.K), ce qui 15 oblige dans les systèmes actuels à les fractionner en petits volumes (par exemple des microcapsules) pour augmenter la surface de contact avec le fluide. Une solution consiste à créer des matériaux composites constitués d'une matrice de graphite dans laquelle est intégré un MCP. La matrice de graphite 20 améliore sensiblement la conductivité thermique. On connaît par exemple le document EP 1 837 385 A2 de Christ et al., qui décrit des modes de réalisation de tels matériaux. Suivant d'autres modes de réalisation, tels que par exemple décrit dans le document US 7,735,301 B2 de Bacher et al., la matrice de graphite peut être anisotrope, de telle sorte à favoriser la 25 conductivité thermique selon certains axes du matériau. L'efficacité globale d'un dispositif de chauffage combiné réside pour beaucoup dans une utilisation optimale de l'énergie renouvelable (solaire) disponible, de telle sorte à recourir au minimum à l'énergie d'appoint (électrique). Il est donc fondamental d'optimiser le stockage mais aussi de 30 minimiser les pertes dans l'environnement. Au-delà de la technologie et des matériaux utilisés pour améliorer le stockage d'énergie, la plupart des dispositifs actuels de chauffage combiné présentent un certain nombre de limitations dues au fait qu'ils sont réalisés pour beaucoup par combinaison d'éléments classiques préexistants : -4- - l'énergie est stockée dans des volumes maintenus à une température sensiblement homogène, tels que par exemple des ballons d'eau chaude. Même si la capacité de stockage est améliorée par l'usage de MCP, une grande partie du volume est constituée par l'eau dont la capacité de stockage d'énergie est limitée. De plus, ces ballons sont à une température interne sensiblement différente de celle de l'environnement, avec pour conséquences des contraintes d'isolations importantes et des pertes thermiques inévitables ; - le système de chauffage d'appoint est en général externe au dispositif de chauffage solaire, comme par exemple une chaudière installée en série ou en dérivation sur l'un des circuits d'eau ou de fluide caloporteur. Cela présente des inconvénients en termes d'intégration, de régulation et d'efficacité énergétique globale. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif à accumulation d'énergie pour le chauffage et la production d'eau chaude à partir d'énergie solaire, intégrant toutes les fonctions dans une disposition optimisée du point de vue des échanges thermiques et du volume. Exposé de l'invention Cet objectif est atteint avec un dispositif de chauffage à accumulation d'énergie comprenant : - une pluralité de matériaux thermiques aptes à accumuler et restituer de l'énergie thermique par au moins l'un des phénomènes suivants : changement de température, changement de phase, - des premiers moyens d'apport de chaleur comprenant des moyens de circulation d'un fluide caloporteur, et - des premiers et des seconds moyens de prélèvement de chaleur comprenant, respectivement, des moyens de circulation d'un premier et d'un second fluide de chauffage, caractérisé en ce que : - lesdits matériaux thermiques sont disposés, au moins selon une section, 30 selon des couches sensiblement concentriques, - les moyens d'apport et de prélèvement de chaleur sont disposés à l'intérieur des matériaux thermiques, et à une distance sensiblement croissante, au moins selon une section, du centre du dispositif dans l'ordre suivant : premiers moyens d'apport de chaleur, premiers moyens de 35 prélèvement de chaleur, seconds moyens de prélèvement de chaleur. 2954816 -5- De manière préférentielle, le dispositif comprend en outre des seconds moyens d'apport de chaleur comprenant des moyens de chauffage électrique, disposés à une distance sensiblement plus proche, au moins selon une section, du centre du dispositif que les premiers moyens d'apport de chaleur.
5 Suivant des caractéristiques particulières, les matériaux thermiques peuvent comprendre : - un matériau à changement de phase dont la température de changement de phase est supérieure à 300°C, ou même supérieure à 500°C, disposé de telle sorte à englober au moins en partie les seconds moyens d'apport de 10 chaleur, - un matériau à changement de phase dont la température de changement de phase est comprise entre 100°C et 200°C, ou même entre 150°C et 180°C, disposé de telle sorte à englober au moins en partie les premiers moyens d'apport de chaleur, 15 - un matériau à changement de phase dont la température de changement de phase est comprise entre 50°C et 90°C, ou même entre 50°C et 70°C, disposé de telle sorte à englober au moins en partie les premiers moyens de prélèvement de chaleur, - un matériau à changement de phase, dont la température de 20 changement de phase est comprise entre 25°C et 50°C, ou même entre 28°C et 40°C, disposé de telle sorte à englober au moins en partie les seconds moyens de prélèvement de chaleur, - un matériau à changement de phase composite à matrice de carbone, - un matériau à changement de phase composite de structure anisotrope, 25 disposé de telle sorte que sa conductivité thermique est maximale selon des directions allant sensiblement du centre vers la périphérie du dispositif. Le dispositif selon l'invention peut être : - de forme sensiblement sphérique, - de forme sensiblement allongée, et sensiblement de l'une des sections suivantes : circulaire, rectangulaire. Avantageusement, le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens de chauffage du fluide caloporteur par chauffage solaire, un circuit d'eau chaude domestique relié aux premiers moyens de prélèvement de chaleur, et un circuit de chauffage à circulation d'eau relié aux seconds moyens de prélèvement de chaleur. 2954816 -6- Suivant un aspect avantageux de l'invention, le dispositif met en oeuvre des matériaux ayant une grande capacité volumique de stockage d'énergie thermique, de telle sorte à pouvoir emmagasiner l'énergie solaire à des fins d'utilisation différée dans un volume et un encombrement minimum.
5 Suivant un autre aspect particulièrement avantageux de l'invention, les matériaux sont disposés en couches sensiblement concentriques, et leur capacité de stockage thermique est optimisée pour des températures différentes en fonction des couches (grâce notamment à la mise en oeuvre de matériaux à changement de phase dont la température de changement de 10 phase est judicieusement choisie). La température optimale d'utilisation est sensiblement décroissante du centre du dispositif vers sa périphérie ce qui permet de réaliser une triple optimisation : - optimisation des pertes thermiques, dans la mesure où les zones les moins chaudes sont à la périphérie du dispositif, donc à une température 15 proche de la température ambiante de telle sorte à limiter les pertes dans l'environnement, - utilisation optimale des sources d'énergie en fonction de leurs caractéristiques thermiques propres, et en particulier de leur température, - utilisation de cette énergie à des températures optimales pour son 20 application. Comme décrit précédemment, dans les dispositifs de l'art antérieur le stockage thermique est effectué en général dans des enceintes maintenues à une température sensiblement homogène, et isolées de l'environnement pour limiter les pertes. Les contraintes d'isolation sont alors importantes du fait du 25 gradient thermique également important existant entre l'intérieur du dispositif et l'environnement. Dans le dispositif selon l'invention, au contraire, les moyens d'apport de chaleur et les moyens de prélèvements sont disposés de telle sorte à maintenir le coeur du dispositif à la température la plus élevée, à laisser 30 s'établir un gradient de température décroissant du centre vers la périphérie et à prélever la chaleur pour les différentes utilisations à une position dans l'enceinte qui correspond à la température optimale d'utilisation. De cette manière, il est possible d'inclure dans un même dispositif et de coupler de manière optimale: -7- - une source d'apport d'énergie comprenant des moyens de circulation d'un fluide caloporteur chauffé à une température de l'ordre de 200°C, par exemple issu d'un dispositif de chauffage solaire extérieur ; - une autre source d'apport d'énergie comprenant une résistance électrique chauffant à une température de l'ordre de 600°C à 700°C lorsqu'elle est alimentée par un courant électrique issu par exemple d'une éolienne et/ou d'un réseau de distribution électrique ; - des moyens de prélèvement de chaleur pour alimenter un réseau d'eau chaude domestique, destiné à fournir une eau à une température de l'ordre de 50°C à 75°C. Avantageusement, tout le stockage thermique peut être effectué dans des matériaux à grande capacité de stockage, de telle sorte que l'échauffement de cette eau est effectué par circulation dans un serpentin à l'intérieur de ces matériaux, sans qu'un ballon de stockage soit indispensable ; - des moyens de prélèvement de chaleur pour un réseau de circulation de fluide destiné au chauffage, et fournissant un fluide à une température de l'ordre de 28°C à 40°C. Cette température est optimale par exemple pour alimenter un dispositif de chauffage au sol. Avantageusement, tout le stockage thermique peut être effectué dans des matériaux à grande capacité de stockage, de telle sorte que l'échauffement du fluide est effectué par circulation dans un serpentin à l'intérieur de ces matériaux. Avantageusement, les capacités de stockage thermique du dispositif selon l'invention peuvent être considérablement améliorées en mettant en oeuvre des matériaux à changement de phase, dont la température de changement de phase est décroissante en fonction de leur position du centre vers la périphérie du dispositif, de telle sorte à permettre l'établissement d'un gradient thermique et à permettre un stockage d'énergie à une température optimale en fonction de leur position. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de 30 chauffage à accumulation d'énergie, mettant en oeuvre un dispositif selon l'invention, comprenant : - une accumulation et restitution d'énergie thermique par au moins l'un des phénomènes suivants : changement de température, changement de phase, appliqués à une pluralité de matériaux thermiques appropriés, 35 - un apport de chaleur via une circulation d'un fluide caloporteur, 2954816 -8- - un apport de chaleur via des moyens de chauffage électrique, - un prélèvement de chaleur via des circulations respectivement d'un premier et d'un second fluide de chauffage, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des étapes de : 5 - mesure de la température d'au moins l'un desdits premiers et seconds fluides de chauffage, - activation de l'apport de chaleur via les moyens de chauffage électrique lorsque ladite température est inférieure à une température prédéterminée. Ainsi les premiers moyens d'apport de chaleur, par exemple reliés à une 10 source d'énergie renouvelable telle que l'énergie solaire, peuvent être utilisés en priorité. Les seconds moyens d'apport de chaleur, par exemple d'origine électrique, peuvent être utilisés de manière subsidiaire, de telle sorte à permettre un fonctionnement permanent du dispositif selon l'invention même lorsqu'une source d'énergie renouvelable fait défaut.
15 Description des figures et modes de réalisation D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : - la figure 1 illustre un mode de réalisation de dispositif selon l'invention, 20 représenté selon une vue en coupe ; - la figure 2 illustre la mise en oeuvre d'un dispositif selon l'invention dans une installation de chauffage domestique ; et - la figure 3 illustre le profil des températures dans un dispositif selon l'invention.
25 On va tout d'abord décrire, en référence à la figure 1, un mode de réalisation de dispositif selon l'invention. La figure 1 est une vue en coupe du coeur d'un dispositif selon l'invention, qui ne représente que les éléments importants pour la description dans un but de clarté. Le module d'accumulation d'énergie 1 comprend plusieurs étages 2, 3, 4, 5. Ces étages comprennent des matériaux aptes à stocker de l'énergie thermique par élévation de température et, au moins pour certains d'entre eux, par changement de phase. Les étages 2, 3, 4, 5 comprennent également, soit des moyens d'apport de chaleur 6, 9, soit des moyens de prélèvement de chaleur 7, 8. 2954816 -9- Suivant le mode de réalisation de la figure 1, le module d'accumulation d'énergie 1 est de forme sensiblement cylindrique, et les étages 2, 3, 4, 5 ont la forme de cylindres emboîtés. On va décrire les différents étages 2, 3, 4, 5 dans l'ordre où ils sont 5 disposés, du centre vers la périphérie du module 1. L'étage de chauffage électrique 2 comprend une résistance électrique 9 apte à atteindre une température de l'ordre de 600°C à 700°C, et des moyens de connexion 10. Cette résistance électrique 9 est entourée d'un matériau de type céramique ou réfractaire.
10 L'étage de chauffage par fluide caloporteur 3 comprend un serpentin 6 qui permet la circulation d'un fluide caloporteur. Le fluide caloporteur peut être porté à une température de l'ordre de 200°C, qui correspond à la température atteignable par des moyens de chauffage solaire. Le serpentin 6 est inséré dans un matériau à changement de phase, lui-même contenu dans 15 une coque métallique. Ce matériau à changement de phase peut, de manière non limitative, comprendre un sel hydraté à base de potassium avec une température de changement de phase de l'ordre de 180°C. L'étage de production d'eau chaude 4 comprend un serpentin 7 qui permet la circulation d'un fluide à réchauffer. Le serpentin 7 est inséré dans 20 un matériau à changement de phase, lui-même contenu dans une coque métallique. Ce matériau à changement de phase est destiné à être porté à une température jusqu'à 100 °C. Il peut avantageusement comprendre une paraffine, avec une température de changement de phase de l'ordre de 70 °C. L'étage de production d'eau chaude 4 est de préférence destiné à 25 produire de l'eau chaude domestique, qui circule sous pression à l'intérieur du serpentin 7. La longueur et le diamètre du serpentin 7 sont calculés de telle sorte à permettre un échange thermique qui conduit à une élévation de la température de l'eau au cours de son trajet dans le dispositif, qui est de l'ordre de 40°C voire plus (60°C ou 70°C) avec la possibilité de mélange en 30 sortie avec de l'eau froide. L'étage de chauffage 5 comprend un serpentin 8 qui permet la circulation d'un fluide à réchauffer. Le serpentin 8 est inséré dans un matériau à changement de phase, lui-même contenu dans une coque métallique. Ce matériau à changement de phase est destiné à être porté à une température 2954816 -10- de l'ordre de 35 °C. Il peut avantageusement comprendre un zéolithe, avec une température de changement de phase de l'ordre de 30 °C. L'étage de chauffage 5 est de préférence destiné à alimenter une installation de chauffage domestique en circuit fermé auquel cas le fluide est 5 de préférence de l'eau déminéralisée. Ce fluide doit être porté à une température de l'ordre de 35°C pour alimenter des radiateurs, voire 30°C pour les installations de chauffage au sol. En référence à la figure 2, un dispositif de chauffage domestique selon l'invention comprend : 10 - le module d'accumulation d'énergie 1 ; - un panneau solaire 2 disposé par exemple sur un toit ou sur une surface au sol exposée au soleil. Ce panneau, de préférence de couleur noire mat, est enfermé dans une enceinte en partie transparente, semblable à une serre, de telle sorte à capter au mieux le rayonnement solaire. Il comprend un 15 serpentin relié au serpentin 6, dans lequel circule le fluide caloporteur dont la circulation est assurée par la pompe 25 ; - une source d'alimentation électrique 21 reliée à la résistance 9 par les moyens de connexion 10. Cette source d'alimentation électrique 21 peut être une source d'appoint reliée au réseau électrique et utilisée lorsque le 20 rayonnement solaire n'est pas suffisant. Ce peut être également une source d'électricité d'origine renouvelable, par exemple éolienne ; - un circuit d'eau chaude domestique 22 relié à une extrémité du serpentin 7, l'autre extrémité étant reliée au réseau d'adduction d'eau sous pression ; - un circuit de chauffage central relié au serpentin 8, et comprenant des 25 radiateurs 23 (ou des moyens de chauffage au sol) et une pompe 24 pour la mise en circulation du fluide. La figure 3 illustre le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Elle représente les températures prévues à l'intérieur du module d'accumulation 1 selon un axe Pos allant du centre vers la périphérie du module 1. La figure 3 30 n'est qu'illustrative, les profils de température réels y étant simplement approximés par des droites. Le profil de température à l'intérieur du module 1 en cours d'utilisation, selon l'axe Pos, est sensiblement décroissant en fonction de la position Pos, d'une valeur maximale vers le centre du module (position EL correspondant à -11- la résistance électrique 9) à une valeur minimale proche de la température ambiante Tam à la périphérie du module (position AM). Le fonctionnement du dispositif est optimal lorsque les températures sont maintenues entre les limites inférieures 30 et supérieures 31, soit pour 5 chacun des étages : - une gamme de températures Tel pour l'étage 2 (position EL), - une gamme de températures Tso pour l'étage 3 (position SO), - une gamme de températures Tec pour l'étage 4 (position EC), - une gamme de températures Tch pour l'étage 5 (position CH).
10 Pour cela, le dispositif comprend des sondes de température qui mesurent au moins l'une des températures des fluides circulant dans les serpentins 7 et 8. Si une température mesurée sort de sa plage préférentielle (par exemple Tch ou Tec), les moyens d'apport de chaleur sont régulés en conséquence. Cette régulation peut porter par exemple sur le débit ou la 15 température du fluide caloporteur dans le serpentin 6, et/ou l'utilisation de la résistance chauffante 9. Suivant des modes de réalisation particuliers, - le module d'accumulation d'énergie 1 peut être de toute forme, - les couches ou étages peuvent être de disposition sensiblement 20 concentrique selon au moins une section quelconque, - les couches ou étages peuvent être d'un nombre quelconque, et selon des configurations d'apport et de prélèvement de chaleur quelconques suivant un profil de températures sensiblement décroissant du centre vers la périphérie du module d'accumulation d'énergie 1, 25 - l'étage de chauffage électrique 2 peut comprendre un matériau à changement de phase solide-solide, - l'étage de chauffage par fluide caloporteur 3 peut comprendre un matériau à changement de phase composite, constitué d'une matrice de graphite dans laquelle est intégré le MCP, de telle sorte à améliorer 30 sensiblement la conductivité thermique autour du serpentin 6, - l'étage de chauffage par fluide caloporteur 3 peut comprendre un matériau à changement de phase composite, constitué d'une matrice de graphite anisotrope dans laquelle est intégré le MCP, de telle sorte à améliorer sensiblement la conductivité thermique autour du serpentin 6 principalement 35 selon certains axes ou certaines directions, en particulier radiales, 2954816 -12- - l'étage de chauffage par fluide caloporteur 3 peut comprendre un matériau réfractaire, - l'étage de production d'eau chaude 4 peut comprendre un matériau à changement de phase composite, constitué d'une matrice de graphite dans laquelle est intégré le MCP, de telle sorte à améliorer sensiblement la conductivité thermique autour du serpentin 7, - l'étage de production d'eau chaude 4 peut comprendre un matériau à changement de phase composite, constitué d'une matrice de graphite anisotrope dans laquelle est intégré le MCP, de telle sorte à améliorer sensiblement la conductivité thermique autour du serpentin 7 principalement selon certains axes ou certaines directions, en particulier radiales, - l'étage de production d'eau chaude 4 peut comprendre un matériau de type céramique ou sable, - l'étage de chauffage 5 peut comprendre un matériau de type céramique, - une pellicule légèrement isolante, d'un matériau de type mica par exemple, peut être placée entre l'étage de chauffage par fluide caloporteur 3 et l'étage de production d'eau chaude 4, de telle sorte à limiter la conductivité thermique entre les étages de d'apport de chaleur 2, 3 et les étages de prélèvement de chaleur 4, 5, - le fluide caloporteur circulant dans le serpentin 6 peut être chauffé par géothermie ou tout autre moyen, - les serpentins 6, 7, 8 peuvent être de toute forme et de tous matériaux permettant une circulation de fluides et des échanges thermiques appropriés, - le serpentin 6 peut être relié à une chaudière externe qui maintient la température du fluide caloporteur lorsque les moyens de chauffage renouvelables 20 ne le permettent pas. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de chauffage à accumulation d'énergie comprenant : - une pluralité de matériaux thermiques (2, 3, 4, 5) aptes à accumuler et restituer de l'énergie thermique par au moins l'un des phénomènes suivants : changement de température, changement de phase, - des premiers moyens d'apport de chaleur (6) comprenant des moyens de circulation d'un fluide caloporteur, et - des premiers (7) et des seconds (8) moyens de prélèvement de chaleur 10 comprenant, respectivement, des moyens de circulation d'un premier et d'un second fluide de chauffage, caractérisé en ce que : - lesdits matériaux thermiques (2, 3, 4, 5) sont disposés, au moins selon une section, selon des couches sensiblement concentriques, 15 - les moyens d'apport (6) et de prélèvement (7, 8) de chaleur sont disposés à l'intérieur des matériaux thermiques (2, 3, 4, 5), et à une distance sensiblement croissante, au moins selon une section, du centre du dispositif (1) dans l'ordre suivant : premiers moyens d'apport de chaleur (6), premiers moyens de prélèvement de chaleur (7), seconds moyens de prélèvement de 20 chaleur (8).
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des seconds moyens d'apport de chaleur comprenant des moyens de chauffage électrique (9), disposés à une distance sensiblement plus proche, 25 au moins selon une section, du centre du dispositif (1) que les premiers moyens d'apport de chaleur (6).
  3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les matériaux thermiques comprennent un matériau à changement de phase (2) dont la 30 température de changement de phase est supérieure à 300°C, disposé de telle sorte à englober au moins en partie les seconds moyens d'apport de chaleur (9). -14-
  4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les matériaux thermiques comprennent un matériau à changement de phase (3) dont la température de changement de phase est comprise entre 100°C et 200°C, disposé de telle sorte à englober au moins en partie les premiers moyens d'apport de chaleur (6).
  5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les matériaux thermiques comprennent un matériau à changement de phase (4) dont la température de changement de phase est comprise entre 50°C et 90°C, disposé de telle sorte à englober au moins en partie les premiers moyens de prélèvement de chaleur (7).
  6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les matériaux thermiques comprennent un matériau à changement de phase (5), dont la température de changement de phase est comprise entre 25°C et 50°C, disposé de telle sorte à englober au moins en partie les seconds moyens de prélèvement de chaleur (8).
  7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que les matériaux thermiques (2, 3, 4, 5) comprennent un matériau à changement de phase composite à matrice de carbone.
  8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les matériaux thermiques (2, 3, 4, 5) comprennent un 25 matériau à changement de phase composite de structure anisotrope, disposé de telle sorte que sa conductivité thermique est maximale selon des directions allant sensiblement du centre vers la périphérie du dispositif.
  9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce qu'il est de forme sensiblement sphérique.
  10. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est de forme sensiblement allongée, et sensiblement de l'une des sections suivantes : circulaire, rectangulaire. 35 -15-
  11. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de chauffage (20) du fluide caloporteur par chauffage solaire.
  12. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit d'eau chaude domestique (22) relié aux premiers moyens de prélèvement de chaleur (7).
  13. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 10 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit de chauffage à circulation d'eau (23) relié aux seconds moyens de prélèvement de chaleur (8).
  14. 14. Procédé de chauffage à accumulation d'énergie, mettant en oeuvre un dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 13, comprenant :
  15. 15 - une accumulation et restitution d'énergie thermique par au moins l'un des phénomènes suivants : changement de température, changement de phase, appliqués à une pluralité de matériaux thermiques (2, 3, 4, 5) appropriés, - un apport de chaleur via une circulation d'un fluide caloporteur, 20 - un apport de chaleur via des moyens de chauffage électrique, - un prélèvement de chaleur via des circulations respectivement d'un premier et d'un second fluide de chauffage, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des étapes de : - mesure de la température d'au moins l'un desdits premiers et seconds 25 fluides de chauffage, - activation de l'apport de chaleur via les moyens de chauffage électrique lorsque ladite température est inférieure à une température prédéterminée.
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