FR3054878A1 - Dispositif de stockage d'energie thermique - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de stockage (10) d'énergie thermique comprenant un circuit de chargement (11) qui chemine dans une zone de chargement (30), comprenant : - un conduit de chargement (12) dans lequel circule un fluide destiné à être chargé en énergie thermique par une source d'alimentation et destiné à transporter cette énergie thermique, et - un conduit de délestage (12') en relation de communication avec le conduit de chargement (12), et dans lequel circule un fluide destiné à transporter de l'énergie thermique et à être déchargé de cette énergie thermique, le dispositif de stockage (10) comprenant : a) une zone de stockage (40) dans laquelle cheminent au moins un conduit de délestage (12'), la zone de stockage (40) étant formée dans une masse configurée pour emmagasiner tout ou partie de l'énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le circuit de délestage (12'), b) un circuit de transfert (21) comprenant au moins une première portion (211) dans laquelle circule un fluide destiné à être chargé en énergie dans la zone de stockage (40) et une seconde portion (212) dans laquelle circule un fluide destiné à transférer cette énergie à un circuit de consommation (32).
Description
© N° de publication : 3 054 878 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 16 57598 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE
©) Int Cl8 : F28 D 20/00 (2017.01), F24 H 9/20
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
| ©) Date de dépôt : 05.08.16. (30) Priorité : | © Demandeur(s) : BERTRAND JEAN-LUC— FR. |
| (72) Inventeur(s) : BERTRAND JEAN-LUC. | |
| ©) Date de mise à la disposition du public de la demande : 09.02.18 Bulletin 18/06. | |
| ©) Liste des documents cités dans le rapport de recherche préliminaire : Se reporter à la fin du présent fascicule | |
| (© Références à d’autres documents nationaux apparentés : | ©) Titulaire(s) : BERTRAND JEAN-LUC. |
| ©) Demande(s) d’extension : | ©) Mandataire(s) : IPSIDE. |
DISPOSITIF DE STOCKAGE D'ENERGIE THERMIQUE.
FR 3 054 878 - A1 \bt) Le dispositif de stockage (10) d'énergie thermique comprenant un circuit de chargement (11 ) qui chemine dans une zone de chargement (30), comprenant:
- un conduit de chargement (12) dans lequel circule un fluide destiné à être chargé en énergie thermique par une source d'alimentation et destiné à transporter cette énergie thermique, et
- un conduit de délestage (12') en relation de communication avec le conduit de chargement (12), et dans lequel circule un fluide destiné à transporter de l'énergie thermique et à être déchargé de cette énergie thermique, le dispositif de stockage (10) comprenant:
a) une zone de stockage (40) dans laquelle cheminent au moins un conduit de délestage (12 j, la zone de stockage (40) étant formée dans une masse configurée pour emmagasiner tout ou partie de l'énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le circuit de délestage (12'),
b) un circuit de transfert (21) comprenant au moins une première portion (211) dans laquelle circule un fluide destiné à être chargé en énergie dans la zone de stockage (40) et une seconde portion (212) dans laquelle circule un fluide destiné à transférer cette énergie à un circuit de consommation (32).
Domaine de l’invention
La présente invention s’inscrit dans le domaine de la gestion d’énergie thermique et concerne plus particulièrement un dispositif de stockage d’énergie thermique, par exemple pour satisfaire les besoins d’énergie thermique d’un bâtiment d’habitation.
État de l’art
Il est connu que l’énergie produite à partir de combustible fossile du type hydrocarbures (charbon, gaz, pétrole, etc..) présente des inconvénients majeurs, tant sur le plan environnemental que sur le plan de la santé humaine.
Afin de fournir une alternative à ce type de production d’énergie, divers modes de production d’énergie dits « renouvelables » ont été développés, notamment afin de fournir de l’énergie thermique.
L’énergie thermique est généralement utilisée dans les bâtiments d’habitation, par exemple, pour la mise en œuvre de systèmes de chauffage d’eau à usage sanitaire ou dans des systèmes de chauffage de bâtiments d’habitation.
Il est connu de produire de l’énergie thermique à partir de l’énergie dégagée par le rayonnement du soleil. Typiquement, ce mode de production est mis en œuvre par des panneaux solaires dits « thermiques » destinés à capter l’énergie thermique dégagée par le rayonnement du soleil. Ces panneaux sont constitués de conduits dans lesquels circule un fluide destiné à être chargé en énergie thermique lorsqu’il est soumis au rayonnement du soleil. Ce fluide est destiné à véhiculer ladite énergie thermique afin de la distribuer de manière appropriée dans un endroit donné dans un bâtiment d’habitation.
Ce type de panneau solaire étant dépendant du rayonnement solaire pour pouvoir capter l’énergie thermique, la production d’énergie thermique est nulle en l’absence de rayonnement solaire, par exemple, la nuit. De ce fait, la production d’énergie thermique est intermittente et n’est souvent pas suffisante pour couvrir l’ensemble des besoins d’un utilisateur. Il est donc généralement nécessaire de combiner la production d’énergie thermique à partir de panneaux solaires thermiques avec des dispositifs additionnels fonctionnant à l’énergie électrique, au gaz ou autre.
Il en résulte notamment un coût supplémentaire pour l’utilisateur.
On connaît également le mode de production d’énergie thermique appelé géothermie, selon lequel on exploite l’énergie dégagée, en profondeur, par le sous-sol terrestre. Ce mode de production consiste à capter l’énergie contenue dans la croûte terrestre, par le biais de conduits dans lesquels circule un fluide. Une portion de ces conduits est typiquement enterrée à quelques mètres ou quelques dizaines de mètres sous la surface du sol et une autre portion communique avec un système adapté de chauffage de bâtiment d’habitation. Ainsi, le fluide est chargé en énergie thermique au fur et à mesure de sa progression dans la portion enterrée des conduits, et est déchargé dans le système adapté de chauffage d’eau ou de bâtiment d’habitation.
La quantité d’énergie thermique à faible profondeur, typiquement de quelques mètres à une dizaine de mètres sous la surface du sol, est peu élevée, de sorte que ce mode de production est généralement assisté par des dispositifs additionnels fonctionnant à l’énergie électrique, au gaz ou autre, tel que les dispositifs appelés « pompes à chaleur ».
La présente invention vise à palier les inconvénients précités en proposant un dispositif de stockage d’énergie thermique d’un fluide caloporteur adapté pour fournir de l’énergie thermique à un bâtiment d’habitation de manière autonome, sans dispositif additionnel de production d’énergie thermique, et de manière permanente.
Exposé de l’invention
La présente invention a pour objectif de fournir un dispositif de stockage d’énergie propre à emmagasiner, en tout temps, de l’énergie thermique, de sorte pouvoir l’exploiter à tout moment selon les besoins d’un utilisateur.
En outre, ce dispositif de stockage peut être adapté à fournir une performance optimale en fonction des conditions environnementales, notamment climatiques et géologiques, de la zone dans laquelle il est implanté, et en fonction des besoins d’un utilisateur.
La présente invention concerne un dispositif de stockage d’énergie thermique comprenant :
- un circuit de chargement en énergie thermique qui chemine dans une zone de chargement en énergie thermique, comprenant :
- au moins un conduit de chargement dans lequel circule un fluide destiné à être chargé en énergie thermique par une source d’alimentation en énergie thermique et destiné à transporter cette énergie thermique, et
- au moins un conduit de délestage en énergie thermique en relation de communication avec le conduit de chargement par le biais de moyens de raccordement, et dans lequel circule un fluide destiné à transporter cette énergie thermique et à être déchargé de cette énergie thermique, le dispositif de stockage étant caractérisé en ce qu’il comprend :
a) une zone de stockage d’énergie thermique dans laquelle cheminent au moins un conduit de délestage, la zone de stockage étant formée dans une masse configurée pour emmagasiner tout ou partie de l’énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le conduit de délestage,
b) un circuit de transfert en énergie thermique comprenant au moins une première portion dans laquelle circule un fluide destiné à être chargé en énergie dans la zone de stockage et une seconde portion dans laquelle circule un fluide destiné à transférer cette énergie à un circuit de consommation d’énergie thermique.
Grâce à ces caractéristiques le dispositif de stockage d’énergie thermique est adapté à emmagasiner de l’énergie thermique et à la restituer en fonction des besoins d’un utilisateur, en ne générant que peu de perte d’énergie thermique. Le dispositif de stockage d’énergie thermique est configuré pour emmagasiner une quantité d’énergie thermique telle que ledit dispositif ne nécessite pas de dispositif supplémentaire de production d’énergie thermique pour répondre aux besoins d’un utilisateur, ces besoins pouvant être variables.
En outre, le dispositif de stockage d’énergie thermique est adapté à restituer de l’énergie thermique, en fonction des besoins d’un utilisateur, de manière permanente, et ce même si le chargement en énergie thermique du fluide circulant dans le circuit de chargement est intermittent.
Dans les exemples de réalisation cités dans ce texte, la production d’énergie thermique est à destination de systèmes de chauffage d’eau à usage sanitaire ou dans des systèmes de chauffage de bâtiments d’habitation, mais elle peut être, destinée au dégivrage de sols, à la production de vapeur pour des applications à la portée de l’homme du métier, ou à toute autre utilisation appropriée.
La source d’alimentation en énergie thermique peut être le rayonnement solaire ou provenir d’un système de recyclage d’énergie thermique générée par une industrie quelconque mis en œuvre de manière connu de l’homme du métier.
II y a lieu de noter que la masse dans laquelle est formée la zone de stockage peut être une masse solide, liquide ou une masse solide additionnée de liquide.
Dans des modes particuliers de réalisation, l’invention répond en outre aux caractéristiques suivantes, mises en œuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.
Dans des modes de réalisation, la zone de stockage comprend plusieurs régions pouvant être isolées thermiquement les unes des autres et dans chacune desquelles cheminent respectivement au moins un conduit de délestage et une première portion du circuit de transfert, les moyens de raccordement comprenant des moyens de dérivation amont et aval du circuit de chargement, par lesquels le conduit de chargement est en relation de communication avec les conduits de délestage, lesdits moyens de dérivation amont et aval étant pilotés par un organe de contrôle et de commande de sorte à diriger la circulation du fluide dans un conduit de délestage cheminant dans une région prédéterminée en fonction de la quantité d’énergie thermique que le fluide transporte et en fonction de la quantité volumique d’énergie thermique que comprend la région.
On entend par « quantité volumique d’énergie thermique », une grandeur représentative de la température du volume d’une région.
Ainsi, les régions sont adaptées à emmagasiner respectivement des quantités volumique d’énergie thermique différentes les unes des autres. Chaque région conserve donc une quantité volumique d’énergie thermique relativement constante, et ne subissent donc pas, ou peu, de perte d’énergie thermique. On entend par perte d’énergie thermique, la baisse de quantité d’énergie thermique.
A titre d’exemple, la valeur de l’énergie thermique transportée par le fluide circulant dans les conduits de chargement et de délestage correspond à une température comprise dans un intervalle d’environ un à cent degrés Celsius.
Dans des modes de réalisation de l’invention, les premières portions du circuit de transfert sont en relation de communication avec une seconde portion du circuit de transfert par le biais de moyens de dérivation amont et aval du circuit de transfert, lesdits moyens de dérivation amont et aval étant pilotés par un organe de contrôle et de commande configuré de sorte à pouvoir faire prioritairement communiquer la seconde portion du circuit de transfert avec la première portion du circuit de transfert parcourant la région emmagasinant la quantité d’énergie thermique la plus faible, mais suffisante pour satisfaire le besoin d’un utilisateur.
Ainsi, il est possible d’utiliser l’énergie thermique du fluide circulant dans le conduit de transfert parcourant la région emmagasinant la quantité d’énergie thermique la plus faible à des fins de préchauffage ou de rafraîchissement de bâtiments par exemple, ou de dégivrage de sols, tout en conservant l’énergie thermique du fluide circulant dans le circuit de transfert parcourant la région emmagasinant la quantité d’énergie la plus importante à des fins de chauffage de bâtiments.
Dans des modes de réalisation de l’invention, l’organe de contrôle et de commande est configuré de sorte à piloter les moyens de dérivations amont et aval du circuit de chargement de façon à ce que chaque région conserve une quantité d’énergie thermique comprise dans un intervalle prédéfinie qui lui est propre, et de manière à charger en énergie thermique une première région, adaptée à conserver la plus grande quantité d’énergie thermique, de façon prioritaire par rapport aux autres régions.
Dans des modes de réalisation, lorsqu’un point d’équilibre thermique est atteint entre le fluide circulant dans le conduit de délestage cheminant dans une région et cette région, et que ce point d’équilibre résulte d’un gain d’énergie thermique de ladite région (41), , les moyens de dérivation amont et aval du circuit de chargement sont pilotés de sorte que le fluide circule dans le conduit de délestage cheminant dans une autre région conservant une quantité d’énergie thermique comprise dans un intervalle immédiatement inférieur à la quantité d’énergie thermique transportée par le fluide.
Grâce à ces caractéristiques, même les quantités d’énergie thermiques les plus faibles, par exemple de l’ordre de un à vingt degrés Celsius, sont stockées dans au moins une région.
Ainsi sont limitées les pertes d’énergie thermique et le rendement du dispositif de stockage est optimisé.
Dans des modes particuliers de réalisation, les régions de la zone de stockage peuvent être configurées de sorte à présenter une résistance thermique différente les unes des autres. Additionnellement ou alternativement, les régions sont configurées de sorte à présenter un pouvoir d’isolation différent.
En effet, il n’est pas nécessaire qu’une région présente un pouvoir d’isolation thermique élevé si elle est destinée à être traversée par un fluide transportant une faible quantité d’énergie thermique. Cette caractéristique permet avantageusement de réduire les coûts et la fabrication de la zone de stockage.
Les régions peuvent respectivement être réalisées dans un matériau dont la capacité de résistance thermique est différente pour chacune d’entreelles ou être agencées de sorte à présenter une résistance thermique différente les unes des autres.
Dans des modes particuliers de réalisation, les régions de la zone de stockage sont agencées de sorte qu’une première région soit juxtaposée à au moins une deuxième région.
Dans des modes de réalisation de l’invention, la première région est une région centrale et la ou les autres régions sont des régions périphériques s’étendant autour de la région centrale, et dans lequel le fluide est dirigé par des moyens de dérivation amont du circuit de chargement de sorte à circuler dans un conduit de délestage cheminant dans la région centrale lorsqu’il transporte une quantité d’énergie thermique supérieure à une valeur prédéterminée, et est dirigé par des moyens de dérivation amont de sorte à circuler dans un conduit de délestage cheminant dans la ou les régions périphériques lorsqu’il transporte une quantité d’énergie inférieure à une valeur prédéterminée.
Dans des modes de réalisation de l’invention, la seconde portion du circuit de transfert chemine dans une zone de transfert en relation avec le circuit de consommation, ladite zone de transfert comportant un échangeur d’énergie thermique adapté à transférer une partie de l’énergie thermique transportée par le fluide circulant dans la seconde portion du circuit de transfert au fluide circulant dans le circuit de consommation.
Le fluide circulant dans le circuit de transfert est donc apte à transmettre une partie de l’énergie thermique qu’il transporte au fluide circulant dans le conduit de consommation, afin que ce dernier transporte une quantité d’énergie thermique prédéfinie. Cette quantité d’énergie est prédéfinie en fonction des besoins en énergie thermique d’un utilisateur, c’est-à-dire de la quantité d’énergie thermique dont le fluide doit être déchargé lors de sa circulation à traverse la zone de consommation.
Dans des modes de réalisation, les conduits de délestage forment un circuit de délestage dont une portion chemine dans une zone de transfert en relation avec une portion du circuit de chargement, ladite zone de transfert comportant un échangeur d’énergie thermique adapté à transférer une partie de l’énergie thermique transportée par le fluide circulant dans la portion du circuit de chargement au fluide circulant dans le circuit de délestage.
Dans des modes de réalisation, le circuit de chargement comprend des conduits de déviation directement en relation de communication avec le conduit de transfert sans cheminer par la zone de stockage, de sorte que le fluide est apte à cheminer directement dans la zone de transfert, suite à sa circulation dans la zone de chargement.
Grâce à ces dispositions, le conduit de chargement est apte à transmettre de l’énergie thermique au conduit de consommation lorsqu’aucune des régions de la zone de stockage n’est apte à emmagasiner la quantité d’énergie thermique potentiellement transmise par le fluide circulant dans le conduit de chargement, et dans la mesure ou cette quantité d’énergie thermique est supérieure ou égale au besoin d’un utilisateur.
Dans des modes de réalisation de l’invention, les conduits de délestage et/ou les conduits de transfert sont noyés dans une masse et s’étendent en serpentin dans des rainures verticales pratiqués dans la zone de stockage.
Dans des modes de réalisation de l’invention, les conduits de délestage et/ou les conduits de transfert sont noyés dans une masse et forment respectivement une boucle dans des forages verticaux pratiqués dans la zone de stockage.
Ces conduits peuvent être noyés dans des agrégats, un béton ou un mortier.
Le choix de la réalisation de forages et/ou de rainures pour la mise en place des circuits de chargement et de transfert est réalisé en fonction de paramètres géologiques du sol dans lequel est destinée à être disposé la zone de stockage, de sorte que son installation soit simple et rapide.
Dans des modes de réalisation de l’invention, la zone de stockage comprend une enceinte isolante thermique sur au moins une portion de sa périphérie.
Ces caractéristiques permettent de fortement réduire ou supprimer les échanges d’énergie thermiques entre la zone de stockage et le milieu extérieur à ladite zone de stockage, de manière à limiter ou éliminer les pertes d’énergie thermique.
Dans des modes particuliers de réalisation, la zone de stockage est destinée à être enfouie dans un sous-sol terrestre.
Ainsi, la température du milieu extérieur à la zone de stockage est sensiblement constante dans le temps de sorte que la zone de stockage ne soit pas ou peu sensible aux aléas climatiques.
Dans des modes de réalisation de l’invention, les conduits de délestage et/ou les conduits de transfert sont disposés de sorte qu’ils s’introduisent et sortent par un même coté d’une région qu’ils traversent.
Chaque conduit peut comporter des moyens d’isolation thermique s’étendant sur au moins une portion de sa longueur. Par exemple, les moyens d’isolation thermique peuvent être une gaine isolante thermique disposée autour des conduits, de telle manière que le fluide circule de la portion du conduit non isolée vers la portion isolée.
Dans des modes de réalisation de l’invention, les conduits de délestage et/ou les conduits de transfert sont disposés de sorte qu’ils s’introduisent et sortent respectivement par deux cotés opposés d’une région qu’ils traversent.
Dans des modes de réalisation de l’invention, les conduits de délestage et les conduits de transfert peuvent être alternativement constitués par les mêmes conduits.
Dans des modes de réalisation de l’invention, le fluide circulant dans un conduit de transfert cheminant une région peut circuler dans un sens opposé au sens de circulation du fluide circulant dans les conduits de délestage cheminant dans la même région.
Dans des modes de réalisation de l’invention, au moins une région comprend une extrémité distale dans laquelle chemine uniquement des conduits de transfert. Aucun conduit de délestage ne chemine dans cette extrémité dans la mesure où elle est destinée à stocker au moins une partie des pertes de l’énergie thermique emmagasinée par ladite région.
Par « extrémité distale », on entend une extrémité la plus proche de la périphérie de la zone de stockage.
Cette caractéristique peut constituer une alternative à la disposition d’une enceinte isolante thermique sur au moins une portion de la périphérie de la zone de stockage.
Dans des modes de réalisation de l’invention, la zone de stockage comprend une seule région dans laquelle chemine au moins un conduit de délestage entre un point d’entrée et un point de sortie de ladite région, suffisamment distants l’un de l’autre pour que l’extrémité distale de cette région, comprenant ledit point de sortie, ne soit chargée que d’une quantité thermique inférieure à celle que transporte le fluide circulant dans le ou les conduits de délestage, mais supérieure à une quantité d’énergie thermique représentative de la température du sous-sol terrestre.
Grâce à ces caractéristiques, la région est apte à stocker une partie de l’énergie thermique que le fluide circulant dans les conduits de délestage transporte, quelle que soit la quantité de cette énergie thermique.
Présentation des figures
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures (non à l’échelle) qui représentent :
- figure 1 : une représentation schématique d’un dispositif de stockage d’énergie thermique selon l’invention,
- figure 2 : une vue schématique de dessus d’une zone de stockage d’énergie thermique selon un premier mode de réalisation du dispositif de stockage d’énergie thermique selon la figure 1,
- figure 3 : une vue en coupe transversale selon un axe A-A de la zone de stockage selon la figure 2,
- figure 4 : une vue de dessus schématique de dessus d’une zone de stockage d’énergie thermique selon un exemple de réalisation,
- figure 5 : une vue en coupe transversale selon un axe B-B de la zone de stockage selon la figure 4,
- figure 6 : une représentation schématique d’un exemple de disposition de conduits dans une rainure d’une zone de stockage d’énergie thermique selon l’une des figures précédentes,
- figure 7 : une vue de dessus schématique de dessus d’une zone de stockage d’énergie thermique selon un autre exemple de réalisation,
- figure 8 : une vue de dessus schématique de dessus d’une zone de stockage d’énergie thermique selon un autre exemple de réalisation,
- figure 9 : une vue en coupe transversale selon un axe C-C de la zone de stockage selon la figure 8,
- figure 10: une représentation schématique d’un exemple de disposition de conduits dans un forage d’une zone de stockage d’énergie thermique selon les figures 8 et 9,
- figure 11 : une vue en coupe transversale selon un axe D-D du forage selon la figure 10,
- figure 12 : une vue de dessus schématique de dessus d’une zone de stockage d’énergie thermique selon un autre exemple de réalisation,
- figure 13 : une vue en coupe axiale selon un axe E-E de la zone de stockage selon la figure 12
- figure 14 : une vue schématique de dessus d’une zone de stockage d’énergie thermique selon un autre mode de réalisation du dispositif de stockage d’énergie thermique selon la figure 1.
Dans ces figures, des références numériques identiques d’une figure à l’autre désignent des éléments identiques ou analogues. Par ailleurs, pour des raisons de clarté, les dessins ne sont pas à l’échelle, sauf mention contraire.
Description détaillée de l’invention
La présente invention vise à proposer un dispositif de stockage 10 d’énergie thermique tel que schématiquement représenté par la figure 1, dans un exemple de réalisation non limitatif.
Le dispositif de stockage 10 d’énergie thermique comprend un premier circuit dit «circuit de chargement» 11, comprenant un ou des conduits de chargement 12 dans chacun desquels circule un fluide, préférentiellement du type caloporteur, c’est-à-dire adapté à transporter une quantité donnée d’énergie thermique.
Comme représenté schématiquement par la figure 1, une portion 110 du circuit de chargement 11 chemine dans la zone de chargement 30. Cette portion 110 peut comprendre plusieurs conduits de chargement 12, mais comprend préférentiellement un unique conduit de chargement 12. Le fluide circulant dans cette portion 110 est destiné à être chargé en énergie thermique par une source d’alimentation en énergie thermique, et à transporter l’énergie thermique dont il a été chargé.
A titre d’exemple non limitatif, la zone de chargement 30 comprend des panneaux solaires thermiques connus en soi, la source d’alimentation en énergie thermique étant le rayonnement solaire. Le chargement du fluide en énergie thermique est alors produit par radiation du rayonnement solaire, sur le conduit de chargement 12.
Le circuit de chargement 11 comprend au moins un conduit de délestage 12’ en relation de communication avec au moins un conduit de chargement 12, par le biais de moyens de raccordement, et dont une portion 111 chemine dans une zone de stockage 40 d’énergie thermique. Le fluide circulant dans cette portion 111 du conduit de délestage 12’ est destiné à charger la zone de stockage 40 en énergie thermique.Le dispositif de stockage 10 d’énergie thermique comprend, de plus, un deuxième circuit dit « circuit de transfert » 21 comprenant des conduits de transfert 22 dans lesquels circule un fluide, préférentiellement du type caloporteur.
Le circuit de transfert 21 forme un circuit fermé reliant successivement une zone de transfert 50 d’énergie thermique et la zone de stockage 40.
Comme représenté schématiquement en traits discontinus par la figure 1, le circuit de transfert 21 comprend une première portion 211 cheminant dans la zone de stockage 40 et une seconde portion 212 cheminant dans la zone de transfert 50. Le circuit de transfert 21 peut comprendre plusieurs premières portions 211, telles que représentées schématiquement par la figure 1, et une unique seconde portion 212.
Le fluide circulant dans un des conduit de transfert 22 est destiné, lorsqu’il circule à travers la première portion 211, à emmagasiner de énergie thermique provenant de la zone de stockage 40, et lorsqu’il circule à travers la seconde portion 212, à décharger l’énergie thermique emmagasinée, dans la zone de transfert 50.
Le dispositif de stockage 10 d’énergie thermique comprend également un troisième circuit dit « circuit de consommation » 31 comprenant des conduits de consommation 32 dans lesquels circule un fluide, préférentiellement du type caloporteur.
Les fluides caloporteurs circulant respectivement dans les conduits de chargement 12, dans les conduits de transfert 22 et dans les conduits de consommation 32 peuvent être réalisés par des fluides différents.
Le circuit de consommation 31 forme un circuit fermé reliant successivement la zone de transfert 50 et une zone de consommation 60 d’énergie thermique.
Une première portion 310 du circuit de consommation 31 chemine dans la zone de consommation 60. Cette première portion 310 peut comprendre plusieurs conduits de consommation 32, mais n’en comprend préférentiellement qu’un. Le fluide circulant dans ce conduit de consommation 32 est destiné à être déchargé d’au moins une partie de l’énergie thermique qu’il transporte. Le circuit de consommation 31 comprend également une deuxième portion 312, cheminant dans la zone de transfert 50 destinée à se charger en énergie thermique par transfert d’une certaine quantité d’énergie thermique de la seconde portion 212 du circuit de transfert 21.
A titre d’exemple non limitatif, la zone de consommation 60 comprend un système de chauffage de bâtiment d’habitation connu de l’homme du métier, et/ou un système de chauffage de l’eau à usage sanitaire dans un bâtiment d’habitation, également connu de l’homme du métier.
Les fluides circulant respectivement dans les conduits de chargement 12 et de délestage 12’, dans les conduits de transfert 22, et dans les conduits de consommation 32 sont préférentiellement réalisés à partir du même matériau.
Avantageusement, comme représenté dans un exemple de réalisation de l’invention par la figure 1, la zone de stockage 40 est organisée en plusieurs régions 41 dans chacune desquelles cheminent au moins un conduit de délestage 12’ et au moins un conduit de transfert 22. Préférentiellement, un unique conduit de délestage 12’ et un unique conduit de transfert 22 cheminent dans chaque région 41 de la zone de stockage 40.
La zone de stockage 40 est préférentiellement enfouie dans un soussol terrestre de sorte la température du milieu extérieur à la zone de stockage 40 soit constante dans le temps. Par « milieu extérieur à la zone de stockage », on entend le sous-sol environnant à l’extérieur de la zone de stockage 40.
Les conduits de délestage 12’ et les conduits de transfert 22 cheminant dans chaque région 41 sont noyés dans le matériau constituant la région 41. Avantageusement, les matériaux constituant les régions 41 de la zone de stockage 40 sont choisis de sorte que lesdites régions 41 soient aptes à stocker de l’énergie thermique. Plus précisément, ces matériaux présentent une résistance thermique importante, c’est à dire un coefficient de conductivité thermique relativement élevé, de sorte que l’inertie thermique de la zone de stockage 40 soit relativement importante. Par « inertie thermique importante », on entend la capacité d’un matériau à résister à un changement de température de sorte à pouvoir stocker de la chaleur et à la restituer progressivement ultérieurement. Les régions 41 peuvent être constituées par des matériaux constituant le sous-sol terrestre, des agrégats, tels que du sable, du béton, ou d’un autre matériau granulaire, et peuvent posséder un coefficient de conduction thermique différent les unes des autres.
Préférentiellement, la zone de stockage est réalisée dans une masse solide.
Au sein d’une même région 41, les conduits respectifs de délestage 12’ et de transfert 22 sont préférentiellement disposés à distance l’un de l’autre sur l’ensemble de leur longueur, afin de limiter les échanges thermiques entre les fluides circulant respectivement dans ces conduits et de maximiser le chargement d’énergie thermique de la zone de stockage 40.
Chacune des régions 41 est adaptée pour être traversée par un conduit de délestage 12’ dans lequel circule un fluide transportant une quantité d’énergie thermique prédéfinie. Plus précisément, le fluide circulant dans la deuxième portion 111 du circuit de chargement 11 est destiné à circuler dans un conduit de délestage 12’ cheminant dans une région 41 prédéterminée selon la quantité d’énergie thermique qu’il transporte.
Préférentiellement, les régions 41 traversées par des conduits dans lesquels circule un fluide transportant une quantité d’énergie thermique élevée sont configurées de telle sorte qu’elles sont plus adaptées à conserver cette énergie que les autres régions 41. A cet effet, les conduits de délestage 12’ et les conduits de transfert 22 traversant les régions 41 sont, par exemple, agencés de manière particulière, ou ces régions 41 sont réalisées dans des matériaux particuliers, choisies de sorte que ces régions 41 présentent une inertie thermique importante.
Les régions 41 peuvent donc être configurées pour présenter une inertie thermique sensiblement différente les unes des autres. En effet, il n’est pas nécessaire qu’une région 41 présente une inertie thermique très élevé si elle est destinée à être traversée par un fluide transportant une quantité d’énergie thermique faible, par exemple, si la température dudit fluide est relativement proche (par exemple, de quelques degrés Celsius) de la température initiale de cette région 41. Par les termes « température initiale », on entend la température de la région 41 avant la circulation du fluide. A l’inverse, si la quantité d’énergie thermique transportée par le fluide est importante, par exemple, si la température du fluide est telle qu’elle est sensiblement supérieure à la température d’une région 41 (par exemple, de plus d’une dizaine de degrés Celsius), il est nécessaire que cette région 41 présente une inertie très élevée pour conserver un maximum d’énergie thermique provenant du fluide. Ainsi sont limitées les pertes d’énergie thermique et le rendement du dispositif de stockage 10 est optimisé.
Afin de diriger le fluide dans un conduit de délestage 12’ traversant une région 41 prédéterminée en fonction de la quantité d’énergie qu’il transporte, les moyens de raccordement comprennent des moyens de dérivation du fluide disposés entre le conduit de chargement 12 et le conduit de délestage 12’. Le conduit de chargement 12 est en relation de communication avec les conduits de délestage 12’ par le biais des moyens de dérivation amont 13.
Ces moyens de dérivation du fluide, dits « premiers moyens de dérivation amont » 13, comprennent avantageusement des moyens de mesure de la quantité d’énergie thermique transportée par le fluide entre les conduits de chargement 12 et de délestage 12’ et sont connectés à un organe de contrôle et de commande comprenant des moyens de calcul de type microprocesseur non représenté sur les figures.
Les moyens de mesure de la quantité d’énergie thermique transportée par le fluide comprennent, par exemple, des moyens de mesure de la température du fluide. A titre d’exemple la température du fluide circulant dans le circuit de chargement et dans le conduit de délestage est d’environ un degré Celsius à cent degrés Celsius.
L’organe de contrôle et de commande est également connecté à des moyens de mesure de la quantité volumique d’énergie thermique dont sont dotées chacune des régions 41. Ces moyens de mesure de la quantité volumique d’énergie thermique comprennent, par exemple, des moyens de mesure de la température des régions.
L’organe de contrôle et de commande est configuré pour piloter les premiers moyens de dérivation amont 13 de sorte à diriger la circulation du fluide dans un conduit de délestage 12’ prédéterminé en fonction de la comparaison de la température du fluide entre les conduits de chargement 12 et de délestage 12’, à un instant t prédéterminé, et de la température des régions à cet instant t.
Ainsi, l’organe de contrôle et de commande est adapté à piloter les premiers moyens de dérivation amont 13 de sorte que le fluide circule à travers une région 41 prédéterminée en fonction de la quantité d’énergie thermique qu’il transporte après son passage à travers la zone de chargement 30.
L’organe de contrôle et de commande est programmé, d’une part, de sorte que la zone de stockage 40 emmagasine de l’énergie thermique transportée par le fluide, provenant notamment de la source d’alimentation en énergie thermique, et d’autre part, de façon à ce que chaque région 41 conserve une quantité volumique d’énergie thermique comprise dans un intervalle prédéfini qui leur est propre.
Les premiers moyens de dérivation amont 13 sont couplés en fonctionnement avec des moyens de dérivation du fluide, dits « premiers moyens de dérivation aval » 14, disposés, par exemple, entre les conduits de délestage 12’ et le conduit de chargement 12, comme l’illustre, dans un exemple de réalisation, la figure 1. Ceci de sorte que le conduit de délestage 12’ dans lequel est dirigé le fluide par les premiers moyens de dérivation amont 13, soit en relation de communication avec le conduit de chargement 12 afin que le circuit de chargement 11 forme un circuit fermé.
De manière analogue, le fluide circulant dans le circuit de transfert 21 est destiné à circuler dans un conduit de transfert 22 cheminant dans une région 41 prédéterminée selon la quantité d’énergie thermique qu’il transporte après en avoir transféré une partie au fluide circulant dans le circuit de consommation 31 pour répondre aux besoins d’un utilisateur.
Afin de diriger le fluide dans un conduit de transfert 22 prédéterminé de la première portion 211 du circuit de transfert 21, les moyens de raccordement comprennent des moyens de dérivation du fluide, dits «seconds moyens de dérivation amont » 23, disposés entre les premières portions 211 et la seconde portion 212 du circuit de transfert 21. Ces seconds moyens de dérivation amont 23 sont connectés à l’organe de contrôle et de command et comprennent des moyens de mesure de la quantité d’énergie thermique transportée par le fluide entre les premières portions 211 et la seconde portion 212 du circuit de transfert 21. Les moyens de mesure de la quantité d’énergie thermique transportée par le fluide comprennent, par exemple, des moyens de mesure de la température du fluide.
L’organe de contrôle et de commande est configuré de sorte à piloter les seconds moyens de dérivation amont 23 pour diriger le fluide circulant dans le circuit de transfert 21, dans une première portion 211 prédéterminée du circuit de transfert 21, de manière à ce qu’il circule à travers une région 41 prédéterminée en fonction de la quantité d’énergie thermique qu’il transporte après son passage dans la zone de transfert 50.
Le conduit de transfert 22 formant la première portion 211 du circuit de transfert 21 est en relation de communication avec le conduit de transfert 22 formant la seconde portion 212 du circuit de transfert 21 par le biais des seconds moyens de dérivation amont 23.
Les seconds moyens de dérivation amont 23 sont couplés en fonctionnement avec des moyens de dérivation du fluide, dits « seconds moyens de dérivation aval » 24, disposés entre la deuxième portion 212 et les premières portions 211 du circuit de transfert 21, comme illustré, dans un exemple de réalisation, par la figure 1. Ceci de sorte que le conduit de transfert 22 de la première portion 211 du circuit de transfert 21 dans lequel est dirigé le fluide par les seconds moyens de dérivation amont 23 soit en relation de communication avec le conduit de transfert 22 de la deuxième portion 212 du circuit de transfert 21.
Afin d’optimiser la conservation de l’énergie thermique dans la zone de stockage 40, l’organe de contrôle et de commande est configuré de sorte à piloter les seconds moyens de dérivation amont 23 et aval 24 de sorte à faire circuler le fluide dans le conduit de transfert 22 parcourant la région 41 emmagasinant la quantité volumique d’énergie thermique la plus faible, mais suffisante pour satisfaire le besoin d’un utilisateur.
A titre d’exemple, les premiers et seconds moyens de dérivation amont 13 et 23 et les premiers et seconds moyens de dérivation aval 14 et 24 sont des vannes directionnelles de type électrovannes connus de l’homme du métier.
Dans la zone de stockage 40, le fluide circulant dans un des conduits de délestage 12’ perd progressivement une partie de l’énergie thermique qu’il transporte au profit de la région 41 dans laquelle il chemine, au fur et à mesure de son évolution dans ladite région 41. Chaque région 41 emmagasine donc de l’énergie thermique, et ce jusqu’à présenter une quantité volumique d’énergie thermique maximale. Cette quantité volumique d’énergie thermique maximale est égale à la quantité d’énergie thermique maximale que le fluide est apte à transférer à travers le conduit de délestage 12’ dans lequel il circule. On parle alors d’équilibre thermique entre le conduit de délestage 12’ et la région 41 qu’il traverse.
L’organe de contrôle et de commande est configuré pour piloter les premiers moyens de dérivation amont 13 et aval 14, lorsqu’il y a équilibre thermique dans une région 41 donnée, de sorte à diriger le fluide dans un autre conduit de délestage 12’, afin qu’il traverse une autre région 41 prédéterminée. Préférentiellement, cette région 41 prédéterminée est attenante à ladite région 41 donnée.
Plus précisément, l’organe de contrôle et de commande est configuré de sorte à piloter les premiers moyens de dérivations amont et aval 13 et 14 de manière à charger en énergie thermique une première région 41, adaptée à emmagasiner la plus grande quantité volumique d’énergie thermique, de façon prioritaire par rapport aux autres régions 41. Dans un exemple de réalisation, cette première région 41 emmagasine jusqu’à une quantité volumique d’énergie thermique représentative d’une température maximale d’environ quatre-vingts degrés Celsius. Lorsque le point d’équilibre thermique est atteint entre le fluide circulant dans le conduit de délestage 12’ cheminant dans cette première région 41 et cette première région 41, ou lorsque ledit fluide transporte une quantité d’énergie thermique inférieure ou égale à celle accumulée dans cette première région 41, les premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14 sont pilotés de sorte que le fluide circule dans les conduits de chargement 12 cheminant dans une deuxième région 41.
Le fluide est dirigé de façon à circuler dans les conduits de délestage 12’ cheminant dans la deuxième région 41 jusqu’à ce que cette deuxième région 41 comprenne une quantité volumique d’énergie thermique représentative d’une température d’environ dix à vingt degrés Celsius inférieure à la température de la première région 41, soit par exemple environ soixante degrés Celsius. Lorsque le point d’équilibre thermique est atteint entre le circuit de chargement 11 et cette deuxième région 41, ou lorsque la source d’alimentation en énergie thermique ne peut fournir qu’une quantité d’énergie thermique inférieure ou égale à celle accumulée dans cette deuxième région 41, les premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14 sont pilotés de sorte que le fluide circule dans les conduits de délestage 12’ cheminant dans une troisième région 41.
Ce principe de fonctionnement est analogue pour un nombre n de région 41, jusqu’au moment où le point d’équilibre thermique est atteint entre le circuit de chargement 11 et la n'eme région 41 ou lorsque la source d’alimentation en énergie thermique ne peut fournir qu’une quantité d’énergie thermique inférieure ou égale à celle accumulée dans cette n'eme région 41. Les premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14 sont alors pilotés de sorte que la circulation du fluide soit interrompue dans les conduits de délestage 12’ du circuit de chargement 11.
L’organe de commande et de contrôle est également configuré de sorte à interrompre la circulation du fluide dans les conduits de délestage 12’ de la deuxième portion du circuit de chargement 11 lorsque les quantités d’énergies contenues respectivement par le fluide et par les régions 41 de la zone de stockage 40 sont telles que la circulation dudit fluide dans lesdits conduits provoquerait une fuite d’énergie thermique de la zone de stockage 40.
Ce cas de figure a lieu lorsque la quantité volumique d’énergie emmagasinée par une région 41 de la zone de stockage 40 est plus importante que la quantité d’énergie transportée par le fluide circulant dans le conduit de délestage 12’ qui la traverse.
Avantageusement, le circuit de chargement 11 comprend un circuit de déviation comprenant, par exemple, deux conduits de déviation 12” directement en relation de communication avec le conduit de transfert 22 sans cheminer par la zone de stockage 40.
Plus précisément, les conduits de déviation 12” sont respectivement en relation de communication, d’une part, avec le conduit de chargement 12, par le biais des premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14, et d’autre part, avec le conduit de transfert 22 par le biais des seconds moyens de dérivation amont et aval 23 et 24.
Ces conduits de déviation 12” permettent la circulation du fluide chargé en énergie thermique, suite à son cheminement dans la zone de chargement 30, dans la zone de transfert 50, sans cheminer à travers la zone de stockage 40, de sorte que le fluide circulant dans le conduit de chargement 12 est apte à transmettre de l’énergie thermique au conduit de consommation 32. Cette disposition trouve son avantage, par exemple, lorsqu’aucune des régions 41 de la zone de stockage 40 n’est apte à emmagasiner la quantité volumique d’énergie thermique potentiellement transmise par le fluide circulant dans le conduit de délestage 12’, et dans la mesure ou cette quantité d’énergie thermique est supérieure ou égale au besoin d’un utilisateur.
Il y a lieu de noter qu’une région 41 peut être soumise à une perte d’énergie thermique, lorsque, par exemple, elle présente une quantité volumique d’énergie thermique supérieure à celle d’une région 41 attenante. En effet, l’énergie thermique de la région 41 dans laquelle elle se trouve en quantité supérieure a tendance à migrer vers la région 41 dans laquelle elle se trouve en quantité inférieure. Pour minimiser les transferts d’énergie thermique entre les régions 41, une couche isolante thermique peut avantageusement être interposée entre chaque région 41.
La zone de transfert 50 comprend au moins un système d’échangeur d’énergie thermique, par exemple du type de ceux connus de l’homme du métier.
L’échangeur thermique est configuré pour pouvoir modifier la quantité d’énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le conduit de consommation 32 en fonction de la quantité d’énergie thermique contenue par le fluide circulant dans le conduit de transfert 22 et en fonction d’un besoin exprimé par un utilisateur.
Grâce à l’échangeur thermique, le fluide circulant dans le conduit de chargement 12 est donc apte à transmettre une partie de l’énergie thermique qu’il transporte au fluide circulant dans le conduit de consommation 32, afin que ce dernier transporte une quantité d’énergie thermique prédéfinie, fonction des besoins d’un utilisateur.
Ainsi, il est possible de moduler la quantité d’énergie thermique délivrée par le conduit de consommation 32, dans la zone de consommation 60, de façon à satisfaire, au plus juste, les besoins d’un utilisateur en énergie thermique.
Dans un exemple de réalisation non représenté par les figures, les conduits de délestages sont raccordés à un unique conduit de délestage par le biais des premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14, de façon à former un circuit fermé de délestage. Le circuit de chargement forme également un circuit fermé et est en relation d’échange d’énergie thermique avec le circuit de délestage par le biais d’un échangeur thermique.
Dans d’autres exemples de réalisation de l’invention non représentés sur les figures, la régulation de la quantité thermique transportée par le fluide peut également être réalisée en ajustant la vitesse de circulation du fluide dans les conduits de chargement 12, de délestage 12’, de transfert 22, et dans le conduit de consommation 32, et/ou par une mise en circulation du fluide dans le conduit de consommation 32 de façon discontinue, par impulsion.
Les figures 2 et 3 représentent respectivement un premier mode de réalisation de l’invention, dans lequel la zone de stockage 40 est de la forme d’un parallélépipède rectangle, et comprend des régions 41 agencés de manière concentrique les unes aux autres. La zone de stockage 40 comprend une région centrale 410 autour de laquelle s’étend au moins une première région périphérique 411. Chaque côté de la zone de stockage 40 peut présenter des dimensions d’environ 20 à 30 mètres.
A titre d’exemple, la région centrale 410 peut présenter un volume d’environ un dixième du volume de la première région périphérique 411.
Dans ce premier mode de réalisation de l’invention, comme représenté sur les figures 2 et 3, une deuxième région périphérique 412 peut s’étendre autour de la première région périphérique 411.
Préférentiellement, le fluide circulant dans le conduit de délestage 12’ traversant la région centrale 410 est prévu pour transporter une quantité d’énergie thermique supérieure à la quantité d’énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le conduit de délestage 12’ traversant la première région périphérique 411. De la même manière, le fluide circulant dans le conduit de délestage 12’ traversant la première région périphérique 411 est prévu pour transporter une quantité d’énergie thermique supérieure à la quantité d’énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le conduit de délestage 12’ traversant la deuxième région périphérique 412.
De manière alternative, dans un exemple de réalisation non représenté sur les figures, la zone de stockage 40 peut comprendre une région 41 dite « région extra-périphérique », juxtaposée aux autres régions 41 et dans laquelle chemine des conduits de délestage 12’ et de transfert 21. Dans cet exemple de réalisation, les premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14 sont pilotés de sorte que, lorsqu’un point d’équilibre thermique est atteint entre les conduits de délestage 11 et l’ensemble des régions 41, ou lorsque la source d’alimentation en énergie thermique ne peut fournir qu’une quantité d’énergie thermique inférieure ou égale à celle accumulée dans les régions 41, le fluide est mis en circulation dans la région 41 extra-périphérique. On comprend ici que la région 41 extra-périphérique, est adaptée à emmagasiner de faibles quantités d’énergie thermique.
Dans d’autres exemples de réalisation non représentés par les figures, la zone de stockage 40 peut présenter une forme de révolution, par exemple une forme cylindrique ou peut présenter une forme de prisme hexagonale, se développant selon un axe longitudinal sensiblement vertical. Dans ces exemples de réalisation, la zone de stockage comprend plusieurs régions 41 concentriques, dont une région 41 centrale autour de laquelle se développe au moins une région 41 périphérique.
Selon un autre exemple de réalisation de la zone de stockage 40 représenté par la figure 4, les régions 41 de la zone de stockage 40 sont divisées en un certain nombre de sous-régions 51 (formant un maillage carré en partie représenté par les traits discontinus sur la figure 4). Les sous-régions 51 présentent une forme carrée ou rectangulaire, et sont, par exemple, des dimensions identiques les unes par rapport aux autres.
Ces sous-régions 51 sont juxtaposées les unes contre les autres de façon à quadriller la zone de stockage 40, les régions 41 présentant respectivement la forme de chevrons imbriqués les unes à la suite des autres. Dans l’exemple de réalisation représenté par la figure 4, chaque région 41 comprend une sous-région 51 médiane réalisant la jonction entre deux sousrégions 51 latérales respectivement attenantes à deux cotés contigus de la sous-région 51 médiane. Selon les dimensions de la région 41, les deux sousrégions 51 latérales peuvent être attenantes à d’autres sous-régions 51 latérales.
Comme représenté par la figure 4, la région 41 présentant les plus faibles dimensions n’est composée que d’une sous-région 51, et présente donc une forme rectangulaire ou carré, et est imbriquée dans une région 41 comprenant une sous-région 51 médiane réalisant la jonction entre deux sousrégions 51 latérales.
Dans cet exemple de réalisation, les régions 41 les plus volumineuses sont par exemple adaptées pour être traversées par des conduits dans lesquels circule un fluide transportant une quantité d’énergie thermique élevée. Le fluide, dans les conduits de délestage 12’, est entraîné en circulation de façon à circuler de la région 41 dont les dimensions sont les plus importantes, vers celle dont les dimensions sont les plus faibles et de la sous-région 51 médiane, vers les sous-régions 51 latérales.
Dans d’autres exemples de réalisation, la zone de stockage 40 est de la forme d’un parallélépipède rectangle et comprend une première région 41 adaptée à emmagasiner d’importantes quantités volumiques d’énergie thermique, s’étendant le long d’un des cotés du parallélépipède. Le long du coté opposé au coté précédemment cité s’étend une deuxième région 41 adaptée à emmagasiner de faibles quantités volumiques d’énergie thermique. Entre ces deux régions 41 s’étend une troisième région 41 adaptée à emmagasiner une quantité volumique d’énergie thermique supérieure à la quantité volumique d’énergie thermique emmagasinée par la deuxième région 41 et adaptée à emmagasiner une quantité volumique d’énergie thermique inférieure à la quantité volumique d’énergie thermique emmagasinée par la première région 41.
La zone de transfert 50 est préférentiellement attenante à la deuxième région 41. Ces caractéristiques ont pour effet d’optimiser le stockage de l’énergie thermique.
Dans chacune des régions, le conduit de délestage 12’ et le conduit de transfert 22 peuvent être disposés dans des rainures 43 rectilignes, comme représenté par les figures 2 à 3 dans le premier mode de réalisation de l’invention. Ces rainures 43 sont réalisées, par exemple, par un sciage ou un tranchage du sol. Préférentiellement, chaque région 41 comprend une pluralité de rainures 43 s’étendant entre deux extrémités, de part et d’autre desdites régions.
Les rainures 43 sont plus profondes que larges. Elles présentent, à titre d’exemple non limitatif, une profondeur de quelques mètres, par exemple cinq à dix mètres, et une largeur d’environ cinq à vingt centimètres.
Dans chaque rainure 43, le conduit de délestage 12’ et le conduit de transfert 22 peuvent être noyés dans un matériau isolant thermique afin de d’augmenter l’inertie thermique au sein de la zone de stockage 40. Un tel matériau peut être un agrégat, tel que du sable.
Préférentiellement, dans chacune des régions 41, les rainures 43 comprenant respectivement des conduits de délestage 12’ et des conduits de transfert 22 sont agencées en alternance, de sorte qu’une rainure 43 comprenant un conduit de délestage 12’ soit adjacente à une rainure 43 comprenant un conduit de transfert 22, et inversement. Ainsi, la répartition d’énergie thermique est homogène au sein de chaque région 41.
Alternativement, dans d’autres exemples de réalisation, un conduit de délestage 12’ et un conduit de transfert 22 peuvent s’étendre dans la profondeur d’une même rainure 43, les conduits de délestage 12’ et de transfert 22 étant alors adjacent l’un à l’autre sur l’ensemble de leur longueur. Cette disposition permet également une répartition homogène d’énergie thermique au sein de chaque région 41.
Avantageusement, une même rainure 43 peut comprendre un conduit de délestage 12’ ou un conduit de transfert 22 s’étendant en serpentin jusqu’au fond de la rainure 43, dans un plan sensiblement vertical, tel qu’illustré en vue en coupe transversale par la figure 3.
Alternativement, comme représenté par la figure 5, une même rainure 43 peut comprendre des conduits de délestage 12’ ou des conduits de transfert 22 respectivement raccordés en parallèle à un même conduit de délestage 12’ ou à un même conduit de transfert 22. Les conduits de délestage 12’ ou de transfert 22 raccordés en parallèle sont superposés les uns aux autres, dans une même rainure 43, par exemple, à distance constante les uns des autres.
Dans des exemples de réalisation, tels que représentés par la figure 6, une région 41 peut comprendre des conduits de délestage 12’ respectivement agencés dans des rainures 43 de sorte à s’étendre en serpentin dans la longueur de la rainure 43, dans un plan sensiblement vertical. La largeur du serpentin décroit au fur et à mesure que les conduits de délestage 12’ s’étendent dans la longueur de la rainure 43, de sorte que chaque conduit de délestage 12’ s’étend de moins en moins profondément dans chaque rainure 43 aménageant ainsi une zone de diffusion d’énergie thermique. Avantageusement, dans chaque rainure 43, une portion d’un conduit de transfert 22 est agencée dans la zone de diffusion d’énergie thermique aménagée par chaque conduit de délestage 12’. Ainsi, le fluide circulant dans les conduits de transfert 22 peut être chargé d’au moins une partie de l’énergie thermique déchargée par le fluide circulant dans le conduit de délestage, dans la zone de diffusion.
De manière avantageuse, les conduits de délestage 12’ et les conduits de transfert 22 peuvent être disposés de manière différente dans chacune des régions 41 de la zone de stockage 40.
Plus précisément, la disposition des conduits peut être plus dense dans les régions dans lesquels les fluides transportent une quantité d’énergie thermique élevée, pour limiter les pertes d’énergie thermique. Ainsi, comme illustré par les figures 2 et 3, le pas entre deux rainures 43 est plus étroit dans la région centrale 410 que dans les première et deuxième régions périphériques 411.
Dans des exemples de réalisation, tel que représentés par la figure 7, les conduits de délestage 12’ et de transfert 22, dans la zone de stockage 40, peuvent être disposés respectivement dans des rainures 43 perpendiculaires les unes aux autres, de sorte que l’agencement desdits conduits forme un maillage carré. Dans ce maillage carré, les conduits de délestage 12’ sont juxtaposées parallèlement les uns aux autres, de la même manière que les conduits de transfert 22, et les conduits de délestage 12’ sont entrecroisés avec les conduits de transfert 22.
Avantageusement, chaque rainure 43 peut comprendre plusieurs conduits de délestage 12’, ou plusieurs conduits de transfert 22, superposés les uns aux autres et respectivement raccordés, en parallèle, à un même conduit de délestage 12’, ou à un même conduit de transfert 22, à chacune des extrémités desdites rainures 43. Ainsi, le maillage est également réalisé sur la profondeur de la zone de stockage 40.
Comme représenté par la figure 7, lorsque la zone de stockage 40 est de la forme d’un parallélépipède rectangle s’étendant selon un axe longitudinal, les conduits de délestage 12’ sont agencés perpendiculairement audit axe longitudinal et les conduits de transfert 22 sont agencés parallèlement audit axe longitudinal. Ainsi, chaque conduit de transfert 22 s’étend sur une distance suffisamment importante pour être chargé en énergie thermique de manière optimale. N y a lieu de noter que du fait de la disposition des conduits de délestage 12’, les régions 41 s’étendent, par exemple, longitudinalement.
Dans l’exemple de réalisation représenté par la figure 4, un conduit de transfert 22 peut être disposé dans chaque rainure 43 comprenant des conduits de délestage 12’ de sorte à emmagasiner une partie de l’énergie thermique dissipée par lesdits conduits de délestage 12’ lors du chargement des régions 41 en énergie thermique. Avantageusement, ledit conduit de transfert 22 est agencé de sorte à traverser plusieurs réglons 41 afin que le fluide circulant dans ce conduit de transfert 22 puisse pré-charger en énergie thermique une des régions 41 attenantes à la région 41 en chargement.
Préférentiellement, comme représenté par la figure 5, le conduit de transfert 22 est disposé sous les conduits de délestage 12’ de chacune des rainures 43, c’est-à-dire, à une profondeur plus importante que les conduits de délestage 12’.
Lorsque la zone de stockage 40 présente une forme de révolution, telle que la forme d’un cylindre, ou présente la forme d’un prisme hexagonale, non illustré par les figures, les rainures 43 s’étendent diamétralement, c’est-àdire, de façon à former des rayons dont l’axe longitudinal passe par le centre de la zone de stockage 40.
Lorsque les régions 41 sont de la forme de chevrons, comme illustré par la figure 4, les rainures 43 s’étendent de part et d’autre de chaque région 41, depuis la sous-région 51 médiane, vers chacune des sous-régions 51 latérales, et sont plus profondes que larges.
Lorsque la zone de stockage 40 est de forme hexagonale, des zones de transfert 50 du dispositif de stockage 10 de la forme d’un prisme triangulaire peuvent être régulièrement agencé autour de la zone de stockage 40, par exemple, de sorte que la zone de stockage 40 et les zones de transfert 50 forment un ensemble de forme cubique.
Comme représenté par les figures 2 et 3, la zone de stockage 40 peut comprendre avantageusement une enceinte isolante thermique 420 s’étendant sur au moins une portion de sa périphérie, afin de réduire les échanges d’énergie thermiques entre la zone de stockage 40 et le milieu extérieur à ladite zone de stockage 40. La réduction de ces échanges d’énergie thermique permet de limiter les pertes d’énergie thermique de la zone de stockage 40.
L’enceinte isolante thermique est, par exemple, formée par une couche de matériau isolant thermique disposée dans une rainure 43. L’épaisseur de la couche de matériau isolant thermique est déterminée en fonction notamment du coefficient de conduction thermique dudit matériau isolant thermique et de la quantité volumique d’énergie thermique maximale que la zone de stockage 40 est destinée à stocker.
De la même manière, tel que représenté par les figures 2 et 3 dans le premier mode de réalisation de l’invention, les régions 41 de la zone de stockage 40 peuvent également respectivement comprendre une enceinte isolante thermique 420 sur au moins une portion de leur périphérie afin de limiter les échanges thermiques entre les régions 41.
Dans un exemple de réalisation, comme illustré dans un exemple de réalisation non limitatif par la figure 3, l’enceinte isolante thermique ne s’étend pas sous la zone de stockage 40, c’est-à-dire, sous les conduits de délestage 12’ et les conduits de transfert 22 disposés à la profondeur la plus importante.
II est cependant possible, dans d’autres exemples de réalisation non représentés par les figures, d’étendre l’enceinte isolante thermique sous toute ou partie de la zone de stockage 40, par la réalisation d’une cavité latérale, formée par excavation, entourant partiellement ou totalement ladite zone de stockage 40. Cette cavité périphérique permet l’installation d’un outillage spécifique pour la mise en place de l’enceinte isolante thermique sous la zone de stockage 40. Le procédé d’installation de cette couche de matériau isolant thermique n’est pas décrit dans le présent texte dans la mesure où il est à la portée de l’homme du métier et n’est pas l’objet de la présente invention.
Additionnellement, la zone de stockage 40 peut comprendre deux parois isolantes thermique perpendiculaire l’une à l’autre, agencées de sorte à être sécantes au centre de la région centrale et à diviser la zone de stockage 40 en quatre portions sensiblement identiques.
Lorsque les régions 41 sont de la forme de chevrons, une couche isolante thermique est agencée entre chaque sous-région 51. Ladite couche isolante thermique est formée d’un matériau thermiquement isolant disposé dans une rainure 43, par exemple d’une largeur de cinq centimètres, pratiquée entre chaque sous-région 51.
Dans un exemple additionnel ou alternatif de réalisation représenté par les figures 2, 3, 8 et 9, la zone de stockage 40 peut comprendre des forages 44 pratiqués en profondeur dans le sol, par exemple de forme cylindrique, comprenant au moins un conduit formant une boucle constituée par deux tronçons rectilignes reliés entre eux par un tronçon curviligne. Chaque conduit peut comporter des moyens d’isolation thermique s’étendant sur au moins une portion d’un de ses tronçons rectilignes. Ces moyens d’isolation thermique peuvent comprendre une gaine réalisée dans un matériau présentant un important pouvoir d’isolation thermique, tel que le polyester.
Chaque conduit est noyé dans un matériau granulaire, tel que du sable.
Ce conduit est relié aux premier et second moyens de dérivation amont 13, 23 et aval 14, 24 de sorte à pouvoir, de manière alternative, former un conduit de délestage 12’ et un conduit de transfert 22.
Le fluide peut alors circuler dans deux sens différents au sein d’un même conduit, selon que ledit conduit forme un conduit de délestage 12’ ou un conduit de transfert 22. Le changement de sens de circulation du fluide dans chaque conduit permet avantageusement d’optimiser le rendement du dispositif de stockage 10. En effet, pour le stockage d’énergie thermique, le sens de circulation du fluide est tel que le fluide circule de la portion du conduit isolée vers la portion non isolée, et pour l’exploitation de l’énergie thermique, le fluide circule de la portion non isolée vers la portion isolée.
De manière alternative, les forages 44 peuvent comprendre respectivement au moins un conduit de délestage 12’ et au moins un conduit de transfert 22 agencés en alternance, de sorte que, dans chaque région 41 un forage 44 comprenant un conduit de délestage 12’ soit adjacent à un forage 44 comprenant un conduit de transfert 22.
Dans un exemple de réalisation, tel que représenté à la figure 8, la zone de stockage 40 comprend des premiers forages 44 comprenant deux conduits et des seconds forages 44’ comprenant quatre conduits. Un exemple de réalisation des forages 44 comprenant deux conduits est représenté par les figures 10 et 11. Ces premiers et seconds forages 44, 44’ sont régulièrement répartis dans la zone de stockage 40 et les premiers et seconds forages 44, 44’ sont organisés en quinconce les uns par rapports aux autres.
Dans un autre exemple de réalisation de l’invention, non représenté par les figures, les forages 44 peuvent être répartis selon plusieurs axes parallèles entre eux traversant plusieurs régions 41. Le long de chacun des axes, lesdits forages 44 sont agencés de sorte que l’écart entre chaque forage 44 soit croissant, d’un bout à l’autre de chaque axe. La région 41 dans laquelle est destiné à circuler un fluide transportant une quantité d’énergie thermique importante comprend des forages 44 séparés entre eux par une distance relativement faible, par exemple, de l’ordre d’un à trois mètres. La région 41 dans laquelle est destiné à circuler un fluide transportant une faible quantité d’énergie thermique comprend des forages 44 séparés entre eux par une distance plus importante, par exemple, de l’ordre de trois à neuf mètres. Les forages 44 répartis le long d’un axe peuvent être agencés sensiblement en quinconce avec les forages 44 répartis le long des axes adjacents
Avantageusement, dans cet exemple de réalisation, les conduits des forages 44 agencés sur un même axe sont connectés les uns aux autres, de sorte qu’il est possible d’exploiter l’énergie thermique du fluide circulant dans les forages 44 agencés sur un même axe de façon indépendante des forages 44 agencés sur les autres axes.
Les forages 44 décrits dans cet exemple de réalisation de l’invention s’intégrent de manière optimale dans une zone de stockage 40 de la forme d’un parallélépipède rectangle, par exemple, présentant sensiblement une largeur de quinze à trente mètres, une longueur de vingt à cinquante mètres et une profondeur de sept à dix mètres.
Dans un autre exemple de réalisation de l’invention, représenté par la figure 12 les forages 44 peuvent être répartis de manière circulaire, selon plusieurs cercles concentriques. Les forages 44 sont, par exemple, répartis à une distance les uns des autres, dont la valeur est proportionnelle à la valeur du rayon du cercle sur lequel ils sont agencés. La région 41 dans laquelle est destiné à circuler un fluide transportant une quantité d’énergie thermique importante comprend des forages 44 séparés entre eux par une distance relativement faible, par exemple, de l’ordre d’un à deux mètres. La région 41 dans laquelle est destiné à circuler un fluide transportant une faible quantité d’énergie thermique comprend des forages 44 séparés entre eux par une distance plus importante, par exemple, de l’ordre de trois à six mètres. Additionnellement, les forages 44 peuvent être agencés sensiblement en quinconce circulaire les uns avec les autres.
Avantageusement, les forages 44 agencés sur le cercle dont la valeur du rayon est la plus faible comprennent des conduits de délestage 12’ et les forages 44 agencés sur chacun des autres cercles comprennent, alternativement d’un cercle à l’autre, des conduits de transfert 22 et des conduits de délestage 12’. Les cercles dont la valeur du rayon est la plus importante comprennent des conduits de transfert 22. Ces dispositions permettent d’optimiser le rendement du dispositif de stockage 10.
En outre, chaque forage 44 peut être d’une profondeur inversement proportionnelle à la valeur du rayon cercle sur lequel il est agencé, de sorte que, plus un forage 44 est proche du centre des cercles, plus sa profondeur est importante. A l’exception près, comme représenté dans un exemple de réalisation sur la figure 13, que les forages 44 comprenant des conduits de transfert 22 présentent une profondeur plus importante que les forages 44 comprenant des conduits de délestage 12’ auxquels ils sont adjacents. Ces dispositions permettent de limiter les pertes d’énergie thermique des conduits de délestage 12’ dans la mesure où une partie de l’énergie thermique perdue par les conduits de délestage 12’ est récupérée par les conduits de transfert 22, du fait de leur agencement.
Les forages 44 décrits dans cet exemple de réalisation de l’invention s’intégrent de manière optimale dans une zone de stockage 40 de forme sensiblement cylindrique ou conique, par exemple, présentant sensiblement un diamètre de quinze à trente mètres, et les forages 44 les plus profonds présentent une longueur de quarante à cinquante mètres.
Avantageusement, dans cet exemple de réalisation, les conduits des forages 44 agencés sur un même cercle sont connectés les uns aux autres, de sorte qu’il est possible d’exploiter l’énergie thermique du fluide circulant dans les forages 44 agencés sur un même cercle de façon indépendante des forages 44 agencés sur les autres cercles.
De manière alternative, les conduits des forages 44 selon les exemples de réalisation décrits ci-dessus peuvent être individuellement raccordés aux premier et second moyens de dérivation amont 13 et 23 et aux premier et second moyens de dérivation aval 14 et 24. Ainsi, il est possible de piloter les premiers moyens de dérivation amont 13 et aval 14 afin de choisir les forages 44 dans lesquels l’énergie thermique est destinée à être stockée, et de piloter les seconds moyens de dérivation amont 23 et aval 24 afin de choisir les forages 44 dans lesquels l’énergie thermique va être récupérée afin de répondre à un besoin d’un utilisateur. Le stockage de l’énergie thermique peut être géré de manière plus fine grâce à ces dispositions, et ainsi s’adapter au mieux au besoin d’un utilisateur et optimiser le rendement du dispositif de stockage 10.
Il y a lieu de noter que, pour des raisons de simplicité et de rapidité de mise en œuvre, le choix de la réalisation de forages 44 et/ou de rainures 43 pour la mise en place des circuits de chargement 12 et de transfert 22 est réalisé en fonction de paramètres géologiques du sol dans lequel est destinée à être disposé la zone de stockage 40. Par exemple, la réalisation de forages 44 est plus adaptée que la réalisation de rainures 43 lorsque la zone de stockage 40 doit être disposée dans un sol présentant une forte concentration de roche, et à l’inverse, la réalisation de rainures 43 est plus adaptée que la réalisation de forages 44 lorsque la zone de stockage 40 doit être disposée dans un sol présentant une faible concentration de roche.
Par ailleurs, il y a également lieu de noter que, la réalisation de rainures 43 et/ou de forages 44 dans la zone de stockage 40 est particulièrement adaptée aux dispositifs de transferts 10 destinés à répondre au besoin en énergie thermique d’ensembles de bâtiments d’habitation individuel, la zone de stockage 40 étant dimensionnée en conséquence.
La figure 14 représente un dispositif de stockage 10 selon un autre mode de réalisation, comprenant une zone de stockage 40 formée à partir d’une cavité réalisée dans un sous-sol terrestre, s’étendant entre la surface du sol et une base. La cavité est, par exemple, de la forme d’un prisme cylindrique.
Comme représenté par la figure 14, la cavité, formant la zone de stockage 40, comprend une enceinte isolante thermique 42’, par exemple sous la forme d’une couche de matériau isolant thermique, enveloppe l’ensemble de la zone de stockage 40.
La zone de stockage 40 peut comprendre un moyen d’étanchéité à l’eau, tel qu’une membrane d’étanchéité, disposée autour de l’ensemble de sa périphérie afin de réduire ou d’éliminer les pertes d’énergie thermique par pénétration d’eau dans ladite zone, l’eau étant apte à transporter de l’énergie thermique.
La zone de stockage 40 comprend en plusieurs régions 41 préférentiellement organisée sous forme de strates superposées les unes aux autres, chacune étant, par exemple, constituée d’un matériau présentant une capacité de résistance thermique différente. Dans chaque région 41 cheminent un conduit de délestage 12’ et un conduit de transfert 22 serpentant respectivement dans un plan sensiblement horizontal, de façon à former des méandres d’un bout à l’autre de chaque région 41. Dans chacune des régions 41, le conduit de délestage 12’ et le conduit de transfert 22 peuvent être superposés l’un par rapport à l’autre, tel que représenté par la figure 14, ou juxtaposés dans le même plan horizontal. Préférentiellement, lorsque lesdits conduits 12 et 22 sont superposés, dans une région 41 donnée, le conduit de délestage 12’ est disposé à une profondeur, par rapport à la surface du sol, supérieure au conduit de transfert 22, par exemple de l’ordre de quelques centimètres ou dizaines de centimètres.
La zone de stockage 40 représentée par la figure 4 comprend une première région, dite «région inférieure» 41Γ, contigüe à l’ensemble de la base de la cavité et distante de la surface du sol. La région inférieure 411’ est constituée d’un matériau présentant un pouvoir d’isolation thermique élevé. A titre d’exemple non limitatif, le coefficient de conductivité thermique du matériau constituant la région inférieure 411’ est par exemple de l’ordre de 0,10 à 0,21 W/m.K.. Un matériau présentant un tel coefficient peut être du béton. La région inférieure 411’ présente, par exemple, une épaisseur de 50 centimètres.
Une deuxième région, dite «région intermédiaire» 410’, est superposée à la région inférieure 41Γ. La région intermédiaire 410’ est constituée d’un matériau présentant un pouvoir d’isolation thermique moins élevé que celui constituant la région inférieure 41Γ. A titre d’exemple non limitatif, le coefficient de conductivité thermique du matériau constituant la région intermédiaire est par exemple de l’ordre de 0,21 à 0,30 W/m.K.. Un matériau présentant un tel coefficient peut être un agrégat, tel que du sable. La région intermédiaire 410’ présente, par exemple, une épaisseur de 50 centimètres.
Une troisième région, dite « région supérieure » 412’, est superposée à la région intermédiaire 410’. La région supérieure est préférentiellement attenante à la surface du sol. La région supérieure 412’ est constituée d’un matériau présentant un pouvoir d’isolation thermique moins élevé que celui constituant la région inférieure 41Γ. A titre d’exemple non limitatif, le coefficient de conductivité thermique du matériau constituant la région supérieure 412’ est de l’ordre de 0,30 à 1 W/m.K.. Un matériau présentant un tel coefficient peut être de la terre, par exemple argileuse ou siliceuse, chargée en roche ou non. La région supérieure présente, par exemple, une épaisseur de 100 centimètres.
Les fluides traversant la région inférieure 41Γ transportent une quantité d’énergie thermique supérieure aux fluides traversant les autres régions dans la mesure où le pouvoir isolant d’une région, constituée par un matériau donné, croît avec la profondeur à laquelle elle est située, par rapport à la surface du sol. De ce fait, plus une région est située profondément par rapport à la surface du sol, plus le matériau la constituant présente un coefficient de conduction thermique important.
Dans ce mode de réalisation de l’invention, de la même manière que précédemment décrit, les conduits respectifs de la première et la deuxième portion du circuit de chargement 11 sont reliés entre eux par les premiers moyens de dérivation amont 13 et aval 14. De manière analogue, les conduits respectifs de la première et la deuxième portion du circuit de transfert 21 sont reliés entre eux par les seconds moyens de dérivation amont 23 et aval 24.
Dans un exemple de fonctionnement, lorsque le fluide transporte une quantité d’énergie thermique relativement élevée, par exemple, lorsque sa température est supérieure à quarante degrés Celsius, il est dirigé par les premiers moyens de dérivation amont 13 de sorte à circuler à travers la région inférieure 41Γ. Le fluide atteint une telle température, par exemple, en saison estivale.
Lorsque le fluide transporte une quantité d’énergie thermique comprise dans un intervalle prédéfini, par exemple, lorsque sa température est entre trente et quarante degrés Celsius, il est dirigé par les premiers moyens de dérivation amont 13 de sorte à circuler à travers la région intermédiaire 410’. Le fluide atteint une telle température, par exemple, entre la saison estivale et la saison hivernale.
Lorsque le fluide transporte une quantité d’énergie thermique relativement faible, par exemple, lorsque sa température est inférieure à trente degrés Celsius, il est dirigé par les premiers moyens de dérivation amont 13 de sorte à circuler à travers la région supérieure 412’. Le fluide atteint une telle température, par exemple, en saison hivernale.
Ce mode de réalisation est, par exemple, approprié pour alimenter en énergie thermique un bâtiment d’habitation individuel.
Dans d’autres exemples de réalisation de la zone de stockage 40, ladite zone de stockage 40 peut être en partie ou entièrement hors-sol, c’est-àdire, émergée de la surface du sol.
Dans un exemple de réalisation de l’invention non représenté sur les figures, une région 41 est agencée à une profondeur plus importante que les autres régions, par exemple au moins un mètre au-dessous de la région inférieure 41Γ. Cette région 41 est destinée à être traversée par des conduits dans lesquels circule un fluide transportant une faible quantité d’énergie thermique pour une utilisation pour une utilisation de rafraîchissement d’un bâtiment, en saison estivale. La température du fluide est, par exemple, d’environ douze à vingt degrés Celsius.
Dans des exemples de réalisation de l’invention, le dispositif de stockage 10 peut recevoir des aménagements en fonction des conditions climatiques du territoire sur lequel il est implanté. Par exemple, les couches isolantes thermiques peuvent présenter des épaisseurs plus ou moins importantes en fonction du pouvoir isolant désiré.
Avantageusement, les fluides sont respectivement entraînés en circulation dans les conduits de délestage 12’, dans les conduits de transfert 22 et dans les conduits de consommation 32 par un moyen moteur, tel qu’une pompe hydraulique, piloté par l’organe contrôle et de commande.
La quantité d’énergie thermique qu’un fluide transporte est mise en relation, dans la description de l’invention, de façon non limitative, avec les saisons estivale et hivernale, mais elle peut alternativement être caractérisée, par exemple, par différentes périodes d’une journée, tel que le jour et la nuit.
De manière plus générale, il est à noter que les modes de mise en œuvre et de réalisation considérés ci-dessus ont été décrits à titre d’exemples non limitatifs, et que d’autres variantes sont par conséquent envisageables.
Notamment, le dispositif de stockage 10 a été décrit en considérant 5 que les fluides circulent à travers une unique région 41 de la zone de stockage à la fois. Cependant, dans d’autres modes de réalisation, plusieurs régions peuvent concomitamment être traversées par les fluides.
De plus, le sens de circulation des fluides dans les conduits de délestage 12’, de transfert 22 et de consommation 32 peut être le sens inverse que celui décrit ci-avant.
Claims (22)
- REVENDICATIONS1. Dispositif de stockage (10) d’énergie thermique comprenant un circuit de chargement (11) en énergie thermique qui chemine dans une zone de chargement (30) en énergie thermique, comprenant :- au moins un conduit de chargement (12) dans lequel circule un fluide destiné à être chargé en énergie thermique par une source d’alimentation en énergie thermique et destiné à transporter cette énergie thermique, et- au moins un conduit de délestage (12’) en énergie thermique en relation de communication avec le conduit de chargement (12) par le biais de moyens de raccordement, et dans lequel circule un fluide destiné à transporter cette énergie thermique et à être déchargé de cette énergie thermique, le dispositif de stockage (10) étant caractérisé en ce qu’il comprend :c) une zone de stockage (40) d’énergie thermique dans laquelle cheminent au moins un conduit de délestage (12’), la zone de stockage (40) étant formée dans une masse configurée pour emmagasiner tout ou partie de l’énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le conduit de délestage (12’),d) un circuit de transfert (21) en énergie thermique comprenant au moins une première portion (211) dans laquelle circule un fluide destiné à être chargé en énergie dans la zone de stockage (40) et une seconde portion (212) dans laquelle circule un fluide destiné à transférer cette énergie à un circuit de consommation (32) d’énergie thermique.
- 2. Dispositif de stockage (10) selon la revendication 1, dans lequel la zone de stockage (40) comprend plusieurs régions (41) pouvant être isolées thermiquement les unes des autres et dans chacune desquelles cheminent respectivement au moins un conduit de délestage (12’) et une première portion (211) du circuit de transfert (21), les moyens de raccordement comprenant des moyens de dérivation amont et aval (13, 14) du circuit de chargement (11), par lesquels le conduit de chargement (12) est en relation de communication avec les conduits de délestage (12’), lesdits moyens de dérivation amont et aval (13,14) étant pilotés par un organe de contrôle et de commande de sorte à diriger la circulation du fluide dans un conduit de délestage (12’) cheminant dans une région (41) prédéterminée en fonction de la quantité d’énergie thermique que le fluide transporte et en fonction de la quantité volumique d’énergie thermique que comprend la région (41).
- 3. Dispositif de stockage (10) selon la revendication 2, dans lequel les premières portions (211) du circuit de transfert (21) sont en relation de communication avec une seconde portion (212) du circuit de transfert (21) par le biais moyens de dérivation amont et aval (23, 24) du circuit de transfert (21), lesdits moyens de dérivation amont et aval (23, 24) étant pilotés par un organe de contrôle et de commande configuré de sorte à pouvoir faire prioritairement communiquer la seconde portion (212) du circuit de transfert (21) avec la première portion (211) du circuit de transfert (21) parcourant la région (41) emmagasinant la quantité d’énergie thermique la plus faible, mais suffisante pour satisfaire le besoin d’un utilisateur.
- 4. Dispositif de stockage (10) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel, l’organe de contrôle et de commande est configuré de sorte à piloter les moyens de dérivations amont et aval (13, 14) du circuit de chargement (11) de façon à ce que chaque région (41) conserve une quantité d’énergie thermique comprise dans un intervalle prédéfinie qui lui est propre, et de manière à charger en énergie thermique une région (41), adaptée à conserver la plus grande quantité d’énergie thermique, de façon prioritaire par rapport aux autres régions (41).
- 5. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel, lorsqu’un point d’équilibre thermique est atteint entre le fluide circulant dans le conduit de délestage (12’) cheminant dans une région (41) et cette région (41) et que ce point d’équilibre résulte d’un gain d’énergie thermique de ladite région (41), les moyens de dérivation amont et aval (13, 14) du circuit de chargement (11) sont pilotés de sorte que le fluide circule dans le conduit de délestage (12’) cheminant dans la région (41) conservant une quantité d’énergie thermique comprise dans un intervalle immédiatement inférieur à la quantité d’énergie thermique transportée par le fluide.
- 6. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 2 à 5, dans lequel les régions (41) de la zone de stockage (40) peuvent être configurées de sorte à présenter une résistance thermique différente les unes des autres.
- 7. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 2 à 6, dans lequel les régions (41) de la zone de stockage (40) sont agencées de sorte qu’une première région soit juxtaposée à au moins une deuxième région.
- 8. Dispositif de stockage (10) selon la revendication 7, dans lequel la première région est une région centrale et la ou les autres régions sont des régions périphériques s’étendant autour de la région centrale, et dans lequel le fluide est dirigé par des moyens de dérivation amont (13, 23) du circuit de chargement de sorte à circuler dans un conduit de délestage (12’) cheminant dans la région centrale lorsqu’il transporte une quantité d’énergie thermique supérieure à une valeur prédéterminée, et est dirigé par des moyens de dérivation amont (13, 23) de sorte à circuler dans un conduit de délestage (12’) cheminant dans la ou les régions périphériques lorsqu’il transporte une quantité d’énergie inférieure à une valeur prédéterminée.
- 9. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la seconde portion (212) du circuit de transfert (21) chemine dans une zone de transfert (50) en relation avec le circuit de consommation (32), ladite zone de transfert (50) comportant un échangeur d’énergie thermique adapté à transférer une partie de l’énergie thermique transportée par le fluide circulant dans la seconde portion (212) du circuit de transfert (21) au fluide circulant dans le circuit de consommation (32).
- 10. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel les conduits de délestage (12’) forment un circuit de délestage dont une portion chemine dans une zone de transfert en relation avec une portion du circuit de chargement (11), ladite zone de transfert comportant un échangeur d’énergie thermique adapté à transférer une partie de l’énergie thermique transportée par le fluide circulant dans la portion du circuit de chargement (11) au fluide circulant dans le circuit de délestage (12’).
- 11. Dispositif de stockage (10) selon la revendication 1, dans lequel le circuit de chargement (11) comprend des conduits de déviation (12”) directement en relation de communication avec le conduit de transfert (22) sans cheminer par la zone de stockage (40), de sorte que le fluide est apte à cheminer directement dans la zone de transfert (50), suite à sa circulation dans la zone de chargement (30).
- 12. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel les conduits de délestage (12’) et/ou les conduits de transfert (22) sont noyés dans une masse et s’étendent en serpentin dans des rainures verticales (43) pratiquées dans la zone de stockage (40).
- 13. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel les conduits de délestage (12’) et/ou les conduits de transfert (22) sont noyés dans une masse et forment respectivement une boucle dans des forages verticaux (44) pratiqués dans la zone de stockage (40).
- 14. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 14, dans lequel la zone de stockage (40) comprend une enceinte isolante thermique (42, 42’) sur au moins une portion de sa périphérie.
- 15. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 14, dans lequel la zone de stockage (40) est destinée à être enfouie dans un sous-sol terrestre.
- 16. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 15, dans lequel les conduits de délestage (12’) et/ou les conduits de transfert (22) sont disposés de sorte qu’ils s’introduisent et sortent par un même coté d’une région (41) qu’ils traversent.
- 17. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 15, dans lequel les conduits de délestage (12’) et/ou les conduits de transfert (22) sont5 disposés de sorte qu’ils s’introduisent et sortent respectivement par deux cotés opposés d’une région (41) qu’ils traversent.
- 18. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 17, dans lequel les conduits de délestage (12’) et les conduits de transfert (22) peuvent10 être alternativement constitués par les mêmes conduits.
- 19. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 18, dans lequel le fluide circulant dans un conduit de transfert (22) cheminant une région (41) peut circuler dans un sens opposé au sens de circulation du fluide15 circulant dans les conduits de délestage (12’) cheminant dans la même région.
- 20. Dispositif de stockage (10) selon l’une des revendications 1 à 19, dans lequel au moins une région (41) comprend une extrémité distale dans laquelle chemine uniquement des conduits de transfert (22).
- 21. Dispositif de stockage (10) selon les revendications 15 et 20, dans lequel la zone de stockage comprend une seule région (41) dans laquelle chemine au moins un conduit de délestage (12’) entre un point d’entrée et un point de sortie de ladite région (41), suffisamment distants l’un de l’autre pour
- 25 que l’extrémité distale de cette région (41), comprenant ledit point de sortie, ne soit chargée que d’une quantité thermique inférieure à celle que transporte le fluide circulant dans le ou les conduits de délestage (12’), mais supérieure à une quantité d’énergie thermique représentative de la température du sous-sol terrestre.1/6 ο2/6410 411
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3129714A1 (fr) * | 2021-11-29 | 2023-06-02 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Système de stockage thermique par thermocline |
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| DE10114257A1 (de) * | 2001-03-22 | 2002-09-26 | Peter Klemm | Verfahren zum Betreiben von Erdwärmespeichern, Erdwärmespeicher zur Ausübung des Verfahrens sowie Vorrichtung zur Regulierung des Erdwärmespeichers |
| FR2893123A1 (fr) * | 2005-11-10 | 2007-05-11 | Ventilone Sarl | Procede de controle du stockage d'energie thermique dans le sol et dispositif associe |
| DE102009012318A1 (de) * | 2009-03-09 | 2010-09-16 | Rawema Countertrade Handelsgesellschaft Mbh | Wärmespeichersystem |
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2016
- 2016-08-05 FR FR1657598A patent/FR3054878B1/fr active Active
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2017
- 2017-08-04 WO PCT/FR2017/052198 patent/WO2018025000A1/fr active Application Filing
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