FR3103541A1

FR3103541A1 - Dispositif multi-étagé de stockage thermique par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant

Info

Publication number: FR3103541A1
Application number: FR1913253A
Authority: FR
Inventors: Catherine Laroche; Yacine HAROUN
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2039-11-26
Also published as: FR3103541B1

Abstract

La présente invention concerne un dispositif et un procédé de stockage de chaleur comprenant au moins deux étages de stockage, chaque étage comprenant un premier volume (9) et un deuxième volume (22), séparés par un lit (20) de matériau adsorbant. Les premiers volumes (9) des étages de stockage sont reliés entre eux par des premières tuyauteries (6, 24, 25) et les deuxièmes volumes (22) des étages de stockage sont reliés entre eux par des deuxièmes tuyauteries (6, 24, 25). Les premières et/ou les deuxièmes tuyauteries (6, 24, 25) sont équipées de vannes. De cette manière, un fluide peut passer d’un volume vers l’autre en traversant le lit (20) de matériau adsorbant sur une courte durée. Lors de son passage dans le lit (20), un phénomène d’adsorption/désorption a lieu permettant de générer de la chaleur ou de la stocker. Figure 2 à publier

Description

Dispositif multi-étagé de stockage thermique par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant

La présente invention concerne le domaine du stockage de chaleur, et plus particulièrement les unités de stockage thermique par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant tel que la zéolithe.

Les dispositifs de stockage thermique par sorption sur un matériau adsorbant par contact direct fonctionnent sur le principe d’échanges de matière et de chaleur entre un gaz et un matériau adsorbant dans des colonnes d’adsorption. Ces colonnes fonctionnent en général en écoulement de gaz seul, dans un lit fixe de matériau adsorbant.

Les colonnes utilisées dans ces unités de stockage de chaleur fonctionnent par les principes d’adsorption sur le matériau adsorbant d’une molécule chimique présente dans la phase gazeuse, par exemple de l’eau (H₂O) sous forme vapeur dans de l’air, et d’échange thermique entre la phase solide (la zéolithe par exemple) et la phase gazeuse, l’air par exemple. La phase gazeuse fait office de fluide caloporteur.

Les unités de stockage de chaleur fonctionnent principalement en quatre temps ou périodes:

- La première période dite «période de décharge» consiste à générer de la chaleur en mettant en contact direct le fluide caloporteur, par exemple l’air chargé d’humidité, dans une colonne d’adsorption équipée d’un lit fixe de matériau adsorbant, par exemple la zéolithe. L’adsorption de l’humidité dans le matériau adsorbant génère de la chaleur (phénomène exothermique). Cette chaleur est transférée au fluide caloporteur puis transportée vers la zone d’utilisation. La terminologie utilisée «période de décharge» se rapporte à la décharge de chaleur par la zéolithe. Elle correspond à une phase pendant laquelle, on génère de la chaleur.

- La seconde période dite «première période de pause». Cette phase correspond à la période d’attente entre la phase de décharge et la phase de charge décrite ci-après.

- La troisième période dite «période de charge» consiste à utiliser de la chaleur fatale, la chaleur fatale étant définie comme une production dechaleurdérivée d'un site de production, qui n'en constitue pas l'objet premier, et qui, de ce fait, n'est habituellement pas utilisée (en d’autres termes, la chaleur fatale constitue de l’énergie disponible à stocker), pour régénérer le lit de matériau adsorbant avant son utilisation pour une autre période de décharge. Dans cette phase, les molécules préalablement adsorbées pendant la phase de décharge sont désorbées par le fluide de régénération. Par exemple, les molécules d’eau sont désorbées du matériau adsorbant dans l’air sec utilisé comme fluide de régénération.

- La quatrième période dite «deuxième période de pause» ou «période de stockage» correspond à un temps de stockage de l’énergie thermique.

Les périodes de décharge, pause, charge et stockage peuvent être étalées sur plusieurs minutes, plusieurs heures, voire plusieurs jours ou plusieurs mois s’il s’agit de stockage saisonnier.

La figure 1 présente un dispositif classique de stockage thermique par sorption composé d’une colonne équipée d’un lit fixe de matériau adsorbant (1), d’une grille support de lit (2) et d’un diffuseur de jet (3). Un tel dispositif est par exemple décrit dans M. Gaeini, H.A. Zondag, C.C.M. Rindt. Effect of kinetics on the thermal performance of a sorption heat storage reactor. Applied Thermal Engineering, 102 (2016) 520–531. Pour les colonnes très hautes, le lit de matériau adsorbant peut être composé de plusieurs sections de lit supportées par plusieurs grilles.

Le gaz caloporteur peut être introduit par le haut ou le bas de la colonne. Par exemple, pendant la période de décharge (D), le gaz, par exemple de l’air humide, peut être introduit par une entrée (E/S) par le bas de la colonne (5) à une température entre 15 et 100 degrés Celsius et sort par une sortie (S/E) en haut de la colonne (4) à une température entre 30 et 220 degrés Celsius (voir figure 1) selon la concentration en vapeur d’eau du gaz introduit. Pendant la période de charge ou régénération (R), le fluide de régénération, par exemple de l’air sec, est introduit par une entrée (S/E) en haut de la colonne (4) à une température d’environ 220 degrés Celsius et sort de la colonne par une sortie (E/S) en bas (5). Les durées de cycle de charge, régénération et pause varient en fonction du procédé. Ils peuvent être de plusieurs minutes, plusieurs heures ou plusieurs jours, voire plusieurs mois.

Un mode de réalisation d’un dispositif mobile de stockage thermique par sorption est présenté dans la demande de brevet DE102013106039A1. L’invention décrit un dispositif de stockage thermique par sorption installé sur une remorque de transport utilitaire (un camion). Le dispositif mobile de stockage thermique composé d’un conteneur cylindrique équipé d’un cône au centre. Le lit de matériau adsorbant est chargé dans une zone annulaire entre la paroi du cône central et l’espace annulaire situé entre la paroi du conteneur cylindrique et le lit de matériau adsorbant. L’écoulement du fluide caloporteur se fait de manière radiale dans le lit.

Afin d’améliorer les performances de l’art antérieur, l’invention concerne un dispositif de stockage thermique par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant, le dispositif comprenant une enveloppe, de préférence cylindrique. Le dispositif comprend également au moins deux étages de stockage, chaque étage de stockage comprenant au moins un lit de matériau adsorbant, un premier volume et un deuxième volume. Chaque lit de matériau adsorbant sépare le premier volume et le deuxième volume de l’étage de stockage. En outre, le dispositif comprend un moyen d’alimentation en fluide et un moyen de collecte de fluide. Plus particulièrement, le moyen d’alimentation est connecté aux premiers volumes par des premières tuyauteries de distribution et le moyen de collecte est connecté aux deuxièmes volumes par des deuxièmes tuyauteries de distribution. Par ailleurs, chacune des premières tuyauteries de distribution et/ou chacune des deuxièmes tuyauteries de distribution comprennent des moyens d’ouverture/fermeture.

L’invention concerne un dispositif de stockage thermique par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant, le dispositif comprenant une enveloppe, au moins deux étages de stockage, chaque étage de stockage comprenant au moins un lit de matériau adsorbant, un premier volume et un deuxième volume, chaque lit de matériau adsorbant séparant ledit premier volume et ledit deuxième volume dudit étage de stockage, le dispositif comprenant un moyen d’alimentation en fluide et un moyen de collecte de fluide. En outre, ledit moyen d’alimentation est connecté auxdits premiers volumes par des premières tuyauteries de distribution, le moyen de collecte est connecté auxdits deuxièmes volumes par des deuxièmes tuyauteries de distribution et chacune des premières tuyauteries de distribution et/ou chacune des deuxièmes tuyauteries de distribution comprennent des moyens d’ouverture/fermeture.

De préférence, le matériau adsorbant comprend de la zéolithe, c’est-à-dire au moins une zéolithe.

Selon un mode de réalisation de l’invention, chaque lit de matériau adsorbant est supporté par un plateau inférieur, ledit plateau inférieur étant poreux. Par poreux, on entend perméable au fluide.

De manière avantageuse, chacun des lits de matériau adsorbant est délimité latéralement par l’enveloppe.

Selon une configuration de l’invention, lesdits moyens d’ouverture/fermeture comprennent des vannes ou des électrovannes, de préférence lesdites vannes ou électrovannes étant commandées en ouverture/fermeture.

Préférentiellement, le dispositif comprend un moyen de distribution du fluide en amont et/ou en aval de chacun des lits de matériau adsorbant.

Avantageusement, le moyen de distribution du fluide comprend une paroi poreuse ou une paroi comprenant des trous ou des orifices régulièrement répartis.

Selon une mise en œuvre préférée de l’invention, ladite enveloppe est de forme cylindrique et d’axe sensiblement vertical.

Avantageusement, ledit moyen d’alimentation ou ledit moyen de collecte comprend un tube central, ledit tube central étant coaxial à l’axe de l’enveloppe cylindrique.

De préférence, les lits de matériau adsorbant sont de forme cylindrique ou annulaire.

Selon une variante préférée de l’invention, les différents étages de stockage sont superposés dans la direction verticale.

L’invention concerne aussi un procédé de stockage de chaleur par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant, dans lequel on réalise les étapes suivantes:

- en phase de décharge:

* on fait entrer le fluide chargé en molécules à adsorber dans au moins un étage de stockage du dispositif de stockage selon l’une des caractéristiques précédentes par un des moyens d’ouverture /fermeture, le fluide arrivant dans un des premiers ou deuxième volumes de chaque étage de stockage dans lequel il est entré,

* on fait passer le fluide dans le lit de matériau adsorbant de chaque étage dans lequel il est entré, sur lequel ledit fluide s’adsorbe en libérant les molécules à absorber et en libérant de la chaleur transmise au fluide, avantageusement à une température comprise entre 50 et 300°C, de préférence comprise entre 50 et 250°C, de manière très préférée entre 90 et 220 °C,

* on fait ressortir ledit fluide chaud et déchargé des molécules d’adsorption du lit de matériau adsorbant de chaque étage dans lequel il est entré par le moyen de collecte dudit dispositif de stockage, le fluide passant par l’autre des premier ou deuxième volumes de chaque étage de stockage dans lequel il est entré avant de ressortir dudit dispositif de stockage.

L’invention concerne également un procédé de stockage de chaleur par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant, dans lequel on réalise les étapes suivantes:

- en phase de charge ou régénération:

* on fait entrer le fluide, de préférence chaud et déchargé, dans au moins un des étages de stockage du dispositif de stockage selon l’une des caractéristiques précédentes par un des moyens d’ouverture /fermeture, le fluide arrivant dans un des premiers ou deuxième volumes de chaque étage de stockage dans lequel il est entré,

* on fait passer le fluide dans le lit de matériau adsorbant de chaque étage de stockage où il est entré et dans lequel le fluide désorbe les molécules adsorbées pendant la phase de décharge en stockant la chaleur

* on fait ressortir ledit fluide chargé en molécules du lit de matériau adsorbant par le moyen de collecte, le fluide passant par l’autre des premiers ou deuxième volumes de chaque étage de stockage où il est entré avant de ressortir dudit dispositif de stockage.

Préférentiellement, l’invention concerne un procédé de stockage de chaleur par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant, mettant en œuvre les procédés précédemment décrits lors de la phase de charge et lors de la phase de décharge, selon l’une quelconque des variantes envisagées.

Avantageusement, on réalise les différentes étapes de charge ou de décharge successivement ou simultanément dans au moins deux étages de stockage.

Selon une mise en œuvre préférée de l’invention, le fluide est de l’air et les molécules sont des molécules d’eau.

Liste des figures

D'autres caractéristiques et avantages du dispositif et du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.

La figure 1 représente une vue en coupe transversale selon l’axe vertical (selon la position de fonctionnement) d’un dispositif de sorption dans une mise en œuvre selon l’art antérieur.

La figure 2 représente une vue en coupe transversale selon l’axe vertical d’un premier mode de réalisation du dispositif de sorption selon l’invention.

La figure 3 représente une vue en coupe transversale selon l’axe vertical d’un deuxième mode de réalisation du dispositif de sorption selon l’invention.

L’efficacité et les performances des dispositifs de stockage thermique dépendent des caractéristiques des matériaux adsorbants mis en œuvre, mais également des conditions opératoires et des paramètres de transport dans le lit de matériau adsorbant comme le transfert de matière et de chaleur entre le solide et le fluide caloporteur, la vitesse superficielle du fluide caloporteur, la concentration en vapeur d’eau, les pertes de charge dans le lit, entre autres.

Pour atteindre une efficacité optimale du dispositif de stockage thermique, la conception de ce dernier doit assurer, d’une part, la bonne utilisation de la capacité de stockage qu’offre le matériau adsorbant et d’autre part respecter une faible perte de charge, acceptable pour le procédé. Les techniques connues de l’art antérieur peuvent être améliorées.

Pour une utilisation optimale de la capacité de stockage du matériau adsorbant qui permet d’assurer une efficacité maximale du dispositif de stockage, en phase de décharge, il est nécessaire d’utiliser des conditions opératoires optimales. Par exemple, avec un fluide qui est de l’air humide, en phase de décharge, il est nécessaire de bien choisir la concentration en humidité dans l’air. Il faut également assurer une vitesse superficielle du fluide caloporteur adaptée pour éviter des limitations de transfert de chaleur et de matière qui pénalisent l’efficacité du dispositif. Une efficacité optimale du dispositif de stockage thermique se traduit par une utilisation optimale de la capacité du matériau adsorbant pour générer l’énergie thermique. L’énergie maximale E_theo, issue de l’adsorption par exemple, de la vapeur d’eau dans la zéolithe, que peut fournir le dispositif peut être estimée par la relation suivante:

m_mad:masse totale du matériau adsorbant dans le dispositif de stockage thermique

q_mol(kg_mol/kg_mad): concentration de la molécule adsorbée, par exemple H₂O, à Température, Pression d’opération (isotherme)

ΔH_ads(J/kg_H2O): enthalpie d’adsorption

Pour caractériser les performances du dispositif de stockage thermique, l’efficacité η du dispositif est définie commele ratio entre l’énergie thermique en sortie du dispositif E_dispositifet l’énergie théorique E_théodéfinie précédemment.

De manière générale, l’efficacité du dispositif de stockage en phase de décharge est nettement meilleure lorsque le temps de contact est court. Le temps de contact est défini comme le rapport entre la hauteur ou la longueur du lit de matériau adsorbantL, définie comme la longueur du lit dans la direction du flux de fluide à travers le lit, sur la vitesse superficielle du fluideV _SG , la vitesse superficielle du fluide étant définie le rapport entre le débit volumique sur la section débitante.

La valeur du temps de contact optimal pour un dispositif de stockage donné, dépend des conditions opératoires, mais également de la durée de la période de décharge.

L’invention concerne un dispositif de stockage thermique par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant. Le fluide sert de fluide caloporteur et peut comprendre par exemple un gaz, comme de l’air. Le fluide comprend des molécules qui vont pouvoir s’adsorber sur le matériau adsorbant puis se désorber du matériau adsorbant. Ces molécules peuvent notamment être des molécules d’eau, sous forme par exemple de vapeur d’eau contenue dans le fluide, notamment dans l’air. Le matériau adsorbant peut alors être un matériau mésoporeux hydrophile tel que le gel de silice ou l’alumine activée (L'alumine activée est un oxyde d'aluminium très poreux, de surface spécifique supérieure à 200 m²/g, de préférence supérieure à 300 m²/g), ou un matériau microporeux de type zéolithe ou apparenté. Par mésoporeux, on entend des matériaux dont les diamètres de pore sont compris entre 2 et 50nm. Par microporeux, on entend des matériaux dont les diamètres de pore sont inférieurs à 2 nm.

Les matériaux microporeux préférés dans le cadre de l’invention sont les aluminosilicates tels que par exemple les zéolithes de type structural LTA, FAU ou EMC-2, mais aussi les aluminophosphates, désignés AlPO, tel que par exemple AlPO-18 de type structural AEI ou l’AlPO-LTA de type structural LTA, les silico-aluminophosphates, désignés SAPO, tel que par exemple SAPO-34 de type structural CHA, ainsi que les MOF (Metal Organic Framework) tels que UIO-66, MIL-101, HKUST.

Les types de structures LTA, FAU, EMT, AEI et CHA correspondent aux codes de type structural de zéolithes définis par l’IZA (International Zeolite Association).

Lors de l’adsorption des molécules contenues dans le fluide sur le matériau adsorbant, de la chaleur est générée, le phénomène d’adsorption étant un phénomène exothermique. Cette chaleur peut alors être récupérée en utilisant le fluide comme fluide caloporteur pour son transport.

Lors de la désorption des molécules fixées sur le matériau adsorbant dans le fluide, la température du fluide est réduite car la désorption est endothermique. La chaleur issue du fluide est donc stockée par les molécules désorbées dans le fluide, en vue d’une future adsorption qui permettra de générer la chaleur au moment voulu.

Le dispositif comprend une enveloppe, au moins deux étages de stockage et chaque étage de stockage comprend au moins un lit de matériau adsorbant, un premier volume et un deuxième volume, le lit de matériau adsorbant séparant le premier volume et le deuxième volume de chaque étage de stockage. De ce fait, la hauteur de chacun des lits est réduite par rapport à la hauteur du dispositif de l’art antérieur de la figure 1. Ainsi, le temps de passage du fluide dans chacun des lits est limité, ce qui permet d’une part d’éviter les pertes thermiques en chauffant le matériau adsorbant, diminuant ainsi sa capacité d’adsorption et d’autre part de réduire significativement les pertes de charge. De plus, le dispositif multi-étage permet une flexibilité de fonctionnement, les différents étages pouvant être conçus indépendamment les uns des autres. Chaque étage peut alors être conçu de manière optimale pour répondre à certaines situations de fonctionnement, par exemple pour différentes températures de fonctionnement et/ou pour différents taux de concentration en molécules du fluide. Le fluide se déplace depuis l’un des deux volumes de chaque étage à travers le lit de matériau adsorbant avant d’atteindre l’autre des deux volumes de chaque étage.

Le lit de matériau adsorbant est en contact avec la surface interne de l’enveloppe. Par exemple, si l’enveloppe est cylindrique, le lit de matériau adsorbant peut être cylindrique ou annulaire avec un diamètre externe du lit de matériau adsorbant égal au diamètre interne de l’enveloppe. Ainsi, le fluide arrivant par un des volumes passe obligatoirement par le lit de matériau adsorbant pour rejoindre l’autre des volumes.

De plus, le dispositif comprend un moyen d’alimentation en fluide et un moyen de collecte de fluide, de manière à permettre l’écoulement de fluide depuis le moyen d’alimentation vers le moyen de collecte du dispositif.

Les premiers volumes des différents étages sont reliés entre eux par des premières tuyauteries de distribution. Le moyen d’alimentation est connecté à ces premières tuyauteries de distribution de manière à pouvoir alimenter les différents étages de stockage successivement ou simultanément. Le moyen d’alimentation peut servir de moyen de collecte, le fonctionnement du dispositif étant totalement réversible d’une entrée vers une sortie.

De plus, les deuxièmes volumes des différents étages sont reliés entre eux par des deuxièmes tuyauteries de distribution. Le moyen d’alimentation est connecté à ces deuxièmes tuyauteries de distribution de manière à collecter le fluide provenant des différents étages de stockage successivement ou simultanément. Le moyen de collecte peut servir de moyen d’alimentation, le fonctionnement du dispositif pouvant être inversé sans impact significatif sur le rendement du dispositif.

En particulier, chacune des premières tuyauteries de distribution et/ou chacune des deuxièmes tuyauteries de distribution comprennent des moyens d’ouvertures/fermeture afin de permettre respectivement l’alimentation et/ou la collecte de fluide dans chacun des étages de stockage. Ces moyens d’ouvertures/fermeture permettent au fluide de passer ou non dans les différents étages de stockage. De ce fait, le dispositif gagne en flexibilité et peut encore être optimisé en fonction des situations de fonctionnement. On peut en effet, concevoir chaque étage indépendamment de manière optimale pour améliorer le rendement global du dispositif.

De manière avantageuse, le matériau adsorbant peut comprendre de la zéolithe. L’utilisation de la zéolithe permet la réalisation de matériau adsorbant de différentes formes, par exemple, sous forme de poudre, de granulés ou d’extrudés. De plus, la zéolithe est particulièrement adaptée pour l’adsorption des molécules d’eau. Cela est particulièrement avantageux lorsqu’on souhaite adsorber l’eau contenue dans l’air.

Préférentiellement, chaque lit de matériau adsorbant peut être supporté par un plateau inférieur, ledit plateau inférieur étant poreux. Cela est particulièrement avantageux lorsque le plateau inférieur est positionné verticalement sous le lit de matériau adsorbant. Le plateau inférieur reprend alors le poids du lit de matériau adsorbant. Il permet aussi d’éviter la fuite de matériau adsorbant. Le plateau inférieur est poreux de manière à permettre le passage du fluide du volume situé à la jonction de cette extrémité du lit (par exemple le premier volume qui serait positionné verticalement sous le lit de matériau adsorbant) dans le lit de matériau adsorbant. Ainsi par plateau inférieur poreux, on entend que le plateau inférieur est poreux pour permettre le passage du fluide mais qu’il est étanche aux matériaux adsorbants pour éviter leur fuite.

Il est avantageux d’utiliser le volume inférieur comme volume d’alimentation en fluide chargé en molécules à adsorber, avant l’étape d’adsorption dans le lit. En effet, par un positionnement vertical, le lit de matériau adsorbant étant positionné au-dessus du volume inférieur, le volume supérieur étant positionné au-dessus du lit de matériau adsorbant, lors de l’étape d’adsorption dans le lit, le fluide va chauffer, l’augmentation de température incitant le fluide à se déplacer vers le haut. Le fluide, après adsorption, est chaud et rejoint donc naturellement le volume supérieur. De la même manière, il est intéressant d’utiliser le volume supérieur comme volume dans lequel arrive le fluide avant la désorption, la désorption générant une réduction de la température du fluide.

De manière avantageuse, chacun des lits de matériau adsorbant peut être délimité latéralement par l’enveloppe. Ainsi, le fluide passe obligatoirement par le lit de matériau adsorbant pour passer du premier volume au deuxième volume (ou inversement) de chaque étage. De plus, l’enveloppe sert aussi au maintien en position latérale du lit de matériau adsorbant.

Selon un mode de réalisation de l’invention, les moyens d’ouverture/fermeture peuvent comprendre des vannes ou des électrovannes. Ainsi, on peut facilement ouvrir ou fermer les entrées et/ou sorties de chaque étage de stockage.

De préférence, les vannes ou les électrovannes peuvent être commandées en ouverture/fermeture. Cette commande peut être préétablie, par exemple, par un temps de passage dans chaque étage ou bien être commandée électroniquement par des analyses in-situ. Les électrovannes permettent une commande pilotable par exemple en fonction des situations de fonctionnement, par exemple par des mesures in situ sur le dispositif. Ainsi, l’ouverture et la fermeture des électrovannes sont commandées au moment optimal pour maximiser le rendement du dispositif.

Selon une variante de l’invention, le dispositif peut comprendre un moyen de distribution du fluide en amont et/ou en aval de chacun des lits de matériau adsorbant. De ce fait, le moyen de distribution permet de mieux répartir le fluide dans le lit de matériau adsorbant. Le moyen de distribution peut être positionné sur le plateau inférieur par exemple. Il peut être directement constitué par le plateau inférieur. Selon une alternative, il peut être positionné dans le premier volume et/ou le deuxième volume, de manière à disperser le fluide dans le volume concerné afin de mieux le distribuer dans le volume. Lorsque le moyen de distribution est positionné dans le volume situé au-dessus du lit de matériau adsorbant, il peut être positionné à l’interface entre le lit et le volume supérieur de manière à mieux distribuer le fluide dans le lit de matériau adsorbant.

De manière avantageuse, le moyen de distribution du fluide peut comprendre une paroi poreuse ou une paroi comprenant des trous ou des orifices régulièrement répartis. De cette manière, la répartition du fluide est homogène et le moyen de distribution est facilement réalisable.

Selon une mise en œuvre préférée de l’invention, l’enveloppe peut être de forme cylindrique et d’axe sensiblement vertical. Ainsi, le déplacement du fluide se fait selon l’axe vertical, ou sensiblement selon l’axe vertical, et le lit de matériau adsorbant sépare un volume inférieur et un volume supérieur. Cette réalisation est de forme simple ce qui facilite la fabrication.

Selon une variante du dispositif selon l’invention, le moyen d’alimentation ou le moyen de collecte peut comprendre un tube central, le tube central étant coaxial à l’axe de l’enveloppe cylindrique. Ainsi, l’alimentation ou la collecte du fluide est facilitée. De plus, cette configuration permet d’éviter l’utilisation de tuyauteries annexes qui complexifierait le système et qui augmenterait son coût. La coaxialité entre le tube central et l’enveloppe permet de mieux répartir le fluide dans le lit, en évitant de créer des passages préférés de fluide, ce qui limiterait le rendement du dispositif.

Préférentiellement, les lits de matériau adsorbant peuvent être de forme cylindrique ou annulaire. Ainsi, la forme cylindrique permet au lit de combler toute la section circulaire définie par l’enveloppe cylindrique. La forme annulaire est adaptée lorsqu’un tube central de collecte ou d’alimentation est utilisé. Le lit comble alors la section définie par le tube central et l’enveloppe cylindrique.

Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, les différents étages de stockage peuvent être superposés les uns au-dessus des autres dans la direction verticale. Ainsi le volume inférieur d’un étage de stockage supérieur est positionné au-dessus d’un volume supérieur d’un étage inférieur. Ces deux volumes sont séparés par une plaque d’interface. Cette plaque d’interface est étanche (par étanche, on entend imperméable) au fluide de manière à éviter le passage du fluide d’un étage vers l’autre, ce qui serait néfaste au rendement du dispositif. Cette configuration permet un système compact tout en améliorant le rendement du dispositif.

- en phase de décharge:

* on fait entrer le fluide chargé en molécules à adsorber dans au moins un étage de stockage du dispositif de stockage, de préférence dans au moins deux étages de stockage, selon l’une des caractéristiques précédentes par un des moyens d’ouverture /fermeture, le fluide arrivant dans un desdits premier ou deuxième volumes de chaque étage de stockage dans lequel il est entré,

* on fait passer le fluide dans le lit de matériau adsorbant de chaque étage dans lequel il est entré, sur lequel le fluide s’adsorbe en libérant les molécules à absorber et en libérant de la chaleur transmise au fluide, avantageusement à une température comprise entre 50 et 300°C, de préférence comprise entre 50 et 250°C, de manière très préférée entre 90 et 220 °C,

* on fait ressortir le fluide chaud et déchargé des molécules d’adsorption du lit de matériau adsorbant de chaque étage de stockage dans lequel il est entré par le moyen de collecte du dispositif de stockage, le fluide passant par l’autre des premiers ou deuxième volumes de chaque étage de stockage dans lequel il est entré avant de ressortir du dispositif de stockage.

Le passage du fluide dans les différents étages peut être simultané ou successif.

En passant axialement dans plusieurs lits de matériau adsorbant plutôt que dans un unique lit, le temps de passage du fluide dans chaque lit peut être réduit, la longueur de passage du fluide dans chaque lit étant réduite. Cela permet de mieux récupérer l’énergie produite par l’adsorption par le fluide, en évitant de chauffer les matériaux adsorbants. Cela permet en conséquence d’améliorer les performances du dispositif.

De préférence, on fait passer successivement ou simultanément le fluide dans au moins deux étages de stockage. Un passage simultané permet la récupération ou le stockage de chaleur plus rapide. Le passage successif permet d’optimiser la récupération ou le stockage de chaleur en ayant des conditions optimales de passage du fluide dans chaque lit.

- en phase de charge ou régénération:

* on fait entrer le fluide, de préférence chaud et déchargé des molécules à adsorber (par exemple de l’air chaud et sec dans le cas d’adsorption de vapeur d’eau), dans au moins un des étages de stockage, de préférence dans au moins deux étages de stockage, du dispositif de stockage selon l’une caractéristiques précédentes par un des moyens d’ouverture /fermeture, le fluide arrivant dans un des premiers ou deuxième volumes de chaque étage de stockage dans lequel il est arrivé,

* on fait passer le fluide dans le lit de matériau adsorbant de chaque étage de stockage où il est entré et dans lequel le fluide désorbe les molécules adsorbées (par exemple l’eau) pendant la phase de décharge en stockant la chaleur (sous forme de chaleur sensible et d’enthalpie de sorption) qui pourra être réutilisée lors de la phase de décharge le moment voulu. Par chaleur sensible, on entend la quantité dechaleurqui est échangée, sanstransition de phasephysique, entre plusieurs corps formant un système isolé. Elle est qualifiée de «sensible» car letransfert thermiquesans changement dephasechange latempératuredu corps, effet. La chaleur sensible s'oppose donc à la «chaleur latente», qui, elle, est absorbée lors d'un changement de phase, sans changement de température.

* on fait ressortir le fluide chargé en molécules (par exemple de l’air humide)du lit de matériau adsorbant par le moyen de collecte, le fluide passant par l’autre des premiers ou deuxième volumes de chaque étage de stockage où il est entré avant de ressortir du dispositif de stockage.

En passant axialement dans plusieurs lits de matériau adsorbant plutôt que dans un unique lit, le temps de passage du fluide dans chaque lit peut être réduit, la longueur de passage du fluide dans chaque lit étant réduite. Cela permet de mieux utiliser l’énergie apportée par le fluide chaud pour la désorption, en évitant de refroidir les matériaux adsorbants et réduire les pertes de charge. Cela permet en conséquence d’améliorer les performances du dispositif.

L’invention concerne préférentiellement un procédé de stockage de chaleur par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant, mettant en œuvre les procédés définis précédemment pour les phases de charge et de décharge. Ainsi, les effets avantageux obtenus lors de la charge et lors de la charge sont combinés, ce qui permet encore d’améliorer les performances du procédé.

De manière avantageuse, on peut réaliser les différentes étapes de charge ou de décharge successivement ou simultanément dans les différents étages de stockage. Ainsi, le procédé peut s’adapter à différentes situations de fonctionnement. Cette flexibilité permet une optimisation des paramètres pour améliorer le rendement du procédé.

Une utilisation simultanée permet de récupérer/stocker l’énergie plus rapidement. Cela peut être avantageux pour un pic ponctuel d’énergie dont la réponse attendue est quasiment immédiate.

Par une utilisation successive des lits, chaque étage peut être conçu de manière optimale pour améliorer le fonctionnement global. On peut ainsi choisir le ou les matériaux adsorbants de chaque lit en fonction de la température de passage du fluide, de sa vitesse, de la composition des molécules ainsi que de leur concentration par exemple.

Selon une autre alternative, on peut envisager des ouvertures/fermetures des différents moyens d’ouverture/fermeture de manière décalée. Ainsi, un ou plusieurs des moyens d’ouverture seraient ouverts avant la fermeture d’un autre moyen d’ouverture/fermeture. Ainsi, le procédé fonctionnerait de manière globalement successive mais avec des moments où plusieurs étages de stockage seraient actifs simultanément (par «actifs», on entend qu’une circulation se produit et qu’un phénomène d’adsorption ou de désorption est en cours). Ce fonctionnement permet un compromis entre vitesse de récupération de l’énergie thermique et augmentation du rendement du procédé.

La figure 2 illustre, de manière schématique et non limitative, un premier mode de réalisation du dispositif selon l’invention.

Ce mode de réalisation présente trois étages de stockage (d’autres étages pourraient être ajoutés sans sortir du cadre de l’invention; une solution à deux étages pourrait également convenir). Les trois étages de stockage sont superposés les uns au-dessus des autres et séparés les uns des autres par des plaques étanches 8.

Chaque étage de stockage comprend un volume inférieur 9 et un volume supérieur 22 séparés par un lit 20 de matériau adsorbant.

Chaque lit de matériau adsorbant 20 est supporté par un plateau inférieur 7, par exemple ici une grille permettant le passage du fluide et empêchant le passage des matériaux adsorbants.

L’enveloppe 10 qui contient ces différents étages de stockage est sensiblement cylindrique et les différents lits 20 de matériau adsorbant sont également cylindriques, le diamètre extérieur des lits 20 étant égal au diamètre intérieur de l’enveloppe 10.

Les volumes inférieurs 9 sont reliés entre eux par des tuyauteries 6 et 24, les tuyauteries 6 étant sensiblement radiales et les tuyauteries 24 étant d’axe sensiblement parallèle à l’axe vertical. Les tuyauteries 24 relient entre elles les tuyauteries 6 qui sont connectés chacune à un volume inférieur 9 différent.

La tuyauterie 24 peut être connectée par un moyen de connexion 13 à une tuyauterie d’alimentation E/S (qui peut aussi servir de tuyauterie de collecte de fluide).

Chacune des tuyauteries radiales 6 comprend une électrovanne EV1, EV2 et EV3 autorisant ou non le passage de fluide dans le volume inférieur 9 de l’étage de stockage concerné. Les électrovannes EV1, EV2 et EV3 peuvent être commandées en ouverture/fermeture de manière simultanée ou de manière indépendante les unes des autres. Elles peuvent s’ouvrir et se fermer les unes après les autres et éventuellement l’une peut s’ouvrir juste après la fermeture de la précédente, de manière à ce qu’un seul étage de stockage ne fonctionne à la fois. Les étages de stockage fonctionnent alors successivement les uns après les autres. Alternativement, l’ouverture d’un étage de stockage peut se faire avant la fermeture du précédent. Dans ce cas, globalement, le fonctionnement est successif mais deux étages peuvent fonctionner, par courte durée, simultanément.

De préférence, en phase d’adsorption ou de décharge D, l’étage le plus bas, fonctionne en premier. En effet, par l’augmentation de température successive lors de l’adsorption D, le fluide tend à monter vers les étages de stockage supérieurs. En adsorption D, il est donc préférable d’utiliser successivement les étages de stockage du plus bas vers le plus haut. En phase de désorption ou de charge R, pour des raisons similaires, il est préférable d’utiliser les étages de stockage du plus haut vers le plus bas, la température du fluide diminuant progressivement.

Les volumes supérieurs 22 des différents étages de stockage sont connectés entre eux par des tuyauteries dont une partie radiale est connecté directement au volume supérieur 22 concerné, et une partie d’axe parallèle à l’axe vertical, cette partie de tuyauterie axiale 25 relie les tuyauteries radiales entre elles.

Cette tuyauterie axiale 25 est connectée par un moyen de connexion 14 (une bride par exemple) à un tuyau de collecte S/E (qui peut servir de tuyau d’alimentation).

En phase de décharge D représentée par les flèches noires continues, le fluide arrive par le tuyau d’alimentation E/S et pénètre dans la tuyauterie axiale d’alimentation 24. En fonction des ouvertures ou non des différentes électrovannes EV1, EV2 et EV3, le fluide peut ou non pénétrer dans les trois étages de stockage. Par exemple, dans un premier temps, la vanne EV1 peut être ouverte, les autres électrovannes EV2 et EV3 restant fermées. Le fluide pénètre alors dans le volume inférieur 9 de l’étage inférieur. Il passe à travers le plateau inférieur et traverse le lit 20 de matériau adsorbant. Dans ce lit 20, les molécules contenues dans le fluide, par exemple des molécules d’eau, vont être adsorbées sur le matériau adsorbant. L’adsorption qui se produit génère de la chaleur. Le fluide est alors chauffé et comme la longueur de traversée du fluide dans le lit est restreinte, une faible quantité de chaleur chauffe le lit, ce qui permet de limiter les pertes en efficacité en réduisant la capacité d’adsorption du lit. Le fluide chaud ressort du lit par le volume supérieur de l’étage inférieur et rejoint la tuyauterie axiale 25. Il ressort ensuite par le tuyau de collecte S/E où la chaleur du fluide peut alors être récupérée.

Au bout d’un certain temps ou d’une certaine augmentation de température, on peut décider de fermer la vanne EV1 et d’ouvrir la vanne EV2. La vanne EV3 reste fermée. Le fluide ne peut donc plus pénétrer dans l’étage inférieur et pénètre dans l’étage de stockage central. Le fluide pénètre alors dans le volume inférieur de l’étage central. Il passe à travers le plateau inférieur et traverse le lit 20 de matériau adsorbant. Dans ce lit 20, les molécules contenues dans le fluide, par exemple des molécules d’eau, vont être adsorbées sur le matériau adsorbant. L’adsorption qui se produit génère de la chaleur. Le fluide est alors chauffé et comme la longueur de traversée du fluide dans le lit est restreinte, une faible quantité de chaleur chauffe le lit, ce qui permet de limiter les pertes énergétiques. Le fluide chaud ressort du lit par le volume supérieur de l’étage central et rejoint la tuyauterie axiale 25. Il ressort ensuite par le tuyau de collecte S/E où la chaleur du fluide peut alors être récupérée.

Au bout d’un certain temps, ou d’une certaine augmentation de température, on peut décider de fermer la vanne EV2 et d’ouvrir la vanne EV3. La vanne EV1 reste fermée. Le fluide ne peut donc plus pénétrer dans l’étage central, ni dans l’étage inférieur et pénètre dans l’étage de stockage supérieur. Le fluide pénètre alors dans le volume inférieur de l’étage supérieur. Il passe à travers le plateau inférieur 7 et traverse le lit 20 de matériau adsorbant. Dans ce lit 20, les molécules contenues dans le fluide, par exemple des molécules d’eau, vont être adsorbées sur le matériau adsorbant. L’adsorption qui se produit génère de la chaleur. Le fluide est alors chauffé et comme la longueur de traversée du fluide dans le lit est restreinte, une faible quantité de chaleur chauffe le lit, ce qui permet de limiter les pertes énergétiques. Le fluide chaud ressort du lit par le volume supérieur de l’étage supérieur et rejoint la tuyauterie axiale 25. Il ressort ensuite par le tuyau de collecte S/E où la chaleur du fluide peut alors être récupérée.

En phase de charge R représentée par les flèches noires pointillées, le fluide arrive par le tuyau d’alimentation S/E et pénètre dans la tuyauterie axiale d’alimentation 25. En fonction des ouvertures ou non des différentes électrovannes EV1, EV2 et EV3, le fluide peut ou non circuler dans les trois étages de stockage. Par exemple, dans un premier temps, la vanne EV3 peut être ouverte, les autres électrovannes EV2 et EV1 restant fermées. Le fluide circule alors dans le volume supérieur 22 de l’étage supérieur. Il passe à travers le lit 20 de matériau adsorbant puis du plateau 7. Dans le lit 20, les molécules fixées sur le matériau adsorbant, par exemple des molécules d’eau, vont être désorbées dans le fluide. La désorption qui se produit est endothermique; de ce fait, il est préférable que le fluide arrive chaud pour fournir la chaleur nécessaire à la réaction de désorption. Le fluide est alors refroidi et comme la longueur de traversée du fluide dans le lit est restreinte, les pertes énergétiques sont limitées. Le fluide ressort du lit par le volume inférieur de l’étage supérieur et rejoint la tuyauterie axiale 24. Il ressort ensuite par le tuyau de collecte E/S.

Au bout d’un certain temps ou d’une certaine augmentation de température, on peut décider de fermer la vanne EV3 et d’ouvrir la vanne EV2. La vanne EV1 reste fermée. Le fluide ne peut donc plus circuler dans l’étage supérieur et pénètre dans l’étage de stockage central. Le fluide pénètre alors dans le volume supérieur de l’étage central. Il passe à travers le lit 20 de matériau adsorbant puis le plateau. Dans ce lit 20, les molécules fixées sur le matériau adsorbant, par exemple des molécules d’eau, vont être désorbées dans le fluide. La désorption qui se produit est endothermique; de ce fait, il est préférable que le fluide arrive chaud pour fournir la chaleur nécessaire à la désorption. Le fluide est alors refroidi et comme la longueur de traversée du fluide dans le lit est restreinte, les pertes énergétiques sont limitées. Le fluide ressort du lit par le volume inférieur de l’étage central et rejoint la tuyauterie axiale 24. Il ressort ensuite par le tuyau de collecte E/S.

Au bout d’un certain temps, ou d’une certaine augmentation de température, on peut décider de fermer la vanne EV2 et d’ouvrir la vanne EV1. La vanne EV3 reste fermée. Le fluide ne peut donc plus circuler dans l’étage central, ni dans l’étage supérieur et circule dans l’étage de stockage inférieur. Le fluide pénètre alors dans le volume supérieur de l’étage inférieur. Il passe à travers le lit 20 de matériau adsorbant puis à travers le plateau. Dans ce lit 20, les molécules fixées sur le matériau adsorbant, par exemple des molécules d’eau, vont être désorbées dans le fluide. La désorption qui se produit est endothermique; de ce fait, il est préférable que le fluide arrive chaud pour fournir la chaleur nécessaire à la désorption. Le fluide est alors refroidi et comme la longueur de traversée du fluide dans le lit est restreinte, les pertes énergétiques sont limitées. Le fluide ressort du lit par le volume inférieur de l’étage inférieur et rejoint la tuyauterie axiale 24. Il ressort ensuite par le tuyau de collecte E/S.

Il est à noter que selon le mode de fonctionnement, il est tout à fait possible de faire rentrer le fluide caloporteur par en haut, en phase de décharge et le faire sortir par en bas. Pour la régénération, il peut entrer par en bas et sortir par en haut, dans la période de charge.

Il est également à noter que dans le mode de réalisation présenté, le fluide est alimenté dans la tuyauterie 24. Il est cependant tout à fait possible d’injecter le fluide directement dans chacune des tuyauteries radiales 6 avec une alimentation dédiée pour chaque lit.

La figure 3 présente, de manière schématique et non limitative, un deuxième mode de réalisation du dispositif de stockage thermique par sorption selon l'invention. Elle concerne également un dispositif à trois étages de stockage. A la différence du premier mode de réalisation, la tuyauterie de collecte 15 du fluide chaud lors de phase de décharge est positionnée au centre des lits des étages centraux et supérieurs, cette collecte étant liée au volume supérieur de l’étage inférieur. Selon ce mode de réalisation, le fluide traverse le lit puis est collecté directement dans le tube central via des grilles poreuses 16, qui peuvent par exemple comprendre des fentes, ces grilles poreuses 16 étant positionnées sur le tube au-dessus du lit de chaque étage de stockage, dans le volume supérieur de chaque étage. Les différents modes de fonctionnement décrits précédemment sont également possibles dans ce mode de réalisation.

Ce deuxième mode de réalisation offre l’avantage de réduire les pertes thermiques par rapport au premier mode de réalisation où la tuyauterie de collecte est positionnée à l’extérieur de la colonne. De plus, ce mode de réalisation permet de s’affranchir du calorifugeage nécessaire lorsque le conduit est situé à l’extérieur, ce qui réduire les coûts de d’investissement.

La présente invention offre une large flexibilité de fonctionnement par rapport à l’art antérieur. En effet, l’invention offre la possibilité de faire fonctionner les différents compartiments ou étages indépendamment les uns par rapport aux autres en ouvrant et/ou fermant les vannes appropriées et ainsi bénéficier de différentes capacités thermiques de stockage, qui peuvent être utilisées en fonction du besoin.

Le dispositif selon l’invention offre également une très bonne flexibilité en conditions opératoires. Par exemple, durant la période de décharge, les différents étages du dispositif peuvent être utilisés en série l’un après l’autre, en ouvrant et/ou fermant les vannes appropriées, de façon à bénéficier des conditions d’écoulements et d’opérations optimales. Par exemple, ce mode de fonctionnement permet d’assurer un faible temps de contact dans le lit de matériau adsorbant et ainsi bénéficier d’une bonne utilisation du matériau adsorbant et assurer une efficacité maximale du dispositif.

Exemples

Pour illustrer les avantages de la présente invention, on se propose de comparer les résultats obtenus par l'invention (mode de réalisation de la figure 2) à ceux obtenus par un dispositif de stockage thermique selon l’art antérieur (mode de réalisation de la figure 1). Les performances des deux dispositifs ont été estimées par modélisation numérique de la mécanique des fluides, en Anglais Computational Fluid Dynamics, couplé aux phénomènes multi-physiques rencontrés dans dispositif de stockage thermique pendant la phase de décharge.

Pour illustrer davantage le procédé de la présente invention, les conditions opératoires conduisant à une utilisation optimale du lit du matériau adsorbant (ici la zéolithe) pendant la phase de décharge ont été déterminées par la modélisation numérique. Les gains en performance en termes de perte de pression engendrée par les deux dispositifs sont ensuite comparés.

Propriété de la colonne selon la figure 1 de l’art antérieur:

Hauteur du lit de zéolithe: 4,3 m
Diamètre du lit: 3,5 m
Débit air humide: 4,74 kg/s
Concentration en vapeur d’eau: 3,55 mol/m³
Pression: 1 atm
Températureentrée : 59°C
Type de zéolithe: 13X
Diamètre particule zéolithe: 3,75 mm
Taux de vide du lit: 0,318
Durée de la phase de décharge: 16h

Propriété du dispositif de stockage selon la figure 2 de l’invention:

Nombre d’étage: 3
Hauteur du lit de zéolithepar étage: 1,43 m
Diamètre du lit: 3,5 m
Débit air humide: 4,74 kg/s
Concentration en vapeur d’eau: 3,55 mol/m³
Pression: 1 atm
Températureentrée : 59°C
Type de zéolithe: 13X
Diamètre particule zéolithe: 3,75 mm
Taux de vide du lit: 0,318
Durée de la phase de déchargepar étage: 5,33h,
Durée total de la phase de décharge: 16h

Les performances obtenues sont présentées sur le tableau suivant:

Le présent exemple montre clairement que l’utilisation de la présente invention permet de meilleures performances en termes de perte de pression par rapport au dispositif de l’art antérieur. En effet, l’invention permet de garantir une efficacité optimale de décharge d’énergie thermique tout en réduisant significativement les pertes de charge par rapport à l’art antérieur. Une baisse de 69% est obtenue.

Ce gain significatif permet d’une part de réduire les coûts d’investissements et d’opérations du dispositif de stockage de chaleur selon l’invention et d’autre part offre également la flexibilité d’augmenter la taille du dispositif ou/et réduire la taille des particules des matériaux adsorbants et/ou augmenter la densité de chargement et ainsi augmenter d’avantage la capacité de stockage et l’efficacité du dispositif.

Claims

Dispositif de stockage thermique par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant, le dispositif comprenant une enveloppe (10), au moins deux étages de stockage, chaque étage de stockage comprenant au moins un lit (20) de matériau adsorbant, un premier volume et un deuxième volume, chaque lit de matériau adsorbant séparant ledit premier volume et ledit deuxième volume dudit étage de stockage, le dispositif comprenant un moyen d’alimentation en fluide (E/S, S/E) et un moyen de collecte de fluide (15), caractérisé en ce que ledit moyen d’alimentation est connecté auxdits premiers volumes par des premières tuyauteries de distribution (6, 24, 25), en ce que le moyen de collecte (15) est connecté auxdits deuxièmes volumes par des deuxièmes tuyauteries de distribution (6, 24, 25) et en ce que chacune des premières tuyauteries de distribution (6, 24, 25) et/ou chacune des deuxièmes tuyauteries de distribution (6, 24, 25) comprennent des moyens d’ouverture/fermeture.
Dispositif selon la revendication 1, pour lequel le matériau adsorbant comprend au moins une zéolithe.
Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque lit (20) de matériau adsorbant est supporté par un plateau inférieur (7), ledit plateau inférieur (7) étant poreux.
Dispositif selon l’une des revendications précédentes pour lequel chacun des lits (20) de matériau adsorbant est délimité latéralement par l’enveloppe (10).
Dispositif selon l’une des revendications précédentes pour lequel lesdits moyens d’ouverture/fermeture comprennent des vannes ou des électrovannes (EV1, EV2, EV3), de préférence lesdites vannes ou électrovannes (EV1, EV2, EV3) étant commandées en ouverture/fermeture.
Dispositif selon l’une des revendications précédentes pour lequel le dispositif comprend un moyen de distribution du fluide en amont et/ou en aval de chacun des lits (20) de matériau adsorbant.
Dispositif selon la revendication 6, pour lequel le moyen de distribution du fluide comprend une paroi poreuse ou une paroi comprenant des trous ou des orifices régulièrement répartis.
Dispositif selon l’une des revendications précédentes pour lequel ladite enveloppe (10) est de forme cylindrique et d’axe sensiblement vertical.
Dispositif selon la revendication 8, pour lequel ledit moyen d’alimentation (E/S, S/E) ou ledit moyen de collecte (15) comprend un tube central (15), ledit tube central (15) étant coaxial à l’axe de l’enveloppe (10) cylindrique.
Dispositif selon l’une des revendications 8 ou 9, dans lequel les lits (20) de matériau adsorbant sont de forme cylindrique ou annulaire.
Dispositif selon l’une des revendications précédentes, pour lequel les différents étages de stockage sont superposés dans la direction verticale.
Procédé de stockage de chaleur par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant, dans lequel on réalise les étapes suivantes:
- en phase de décharge:
* on fait entrer le fluide chargé en molécules à adsorber dans au moins un étage de stockage du dispositif de stockage selon l’une des revendications 1 à 11 par un des moyens d’ouverture /fermeture, le fluide arrivant dans un desdits premier ou deuxième volumes de chaque étage de stockage dans lequel il est entré,
* on fait passer le fluide dans le lit de matériau adsorbant de chaque étage dans lequel il est entré, sur lequel ledit fluide s’adsorbe en libérant les molécules à absorber et en libérant de la chaleur transmise au fluide, avantageusement à une température comprise entre 50 et 300°C, de préférence comprise entre 50 et 250°C, de manière très préférée entre 90 et 220 °C,
* on fait ressortir ledit fluide chaud et déchargé des molécules d’adsorption du lit (20) de matériau adsorbant de chaque étage dans lequel il est entré par le moyen de collecte dudit dispositif de stockage, le fluide passant par l’autre des premiers ou deuxième volumes de chaque étage de stockage dans lequel il est entré avant de ressortir dudit dispositif de stockage.
Procédé de stockage de chaleur par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant, dans lequel on réalise les étapes suivantes:
- en phase de charge ou régénération:
* on fait entrer le fluide, de préférence chaud et déchargé des molécules à adsorber, dans au moins un des étages de stockage du dispositif de stockage selon l’une des revendications 1 à 11 par un des moyens d’ouverture /fermeture, le fluide arrivant dans un desdits premier ou deuxième volumes de chaque étage de stockage dans lequel il est entré,
* on fait passer le fluide dans le lit de matériau adsorbant de chaque étage de stockage où il est entré et dans lequel le fluide désorbe les molécules adsorbées pendant la phase de décharge en stockant la chaleur;
* on fait ressortir ledit fluide chargé en molécules d’adsorption du lit de matériau adsorbant par le moyen de collecte, le fluide passant par l’autre desdits premier ou deuxième volumes de chaque étage de stockage où il est entré avant de ressortir dudit dispositif de stockage.
Procédé de stockage de chaleur par sorption d’un fluide sur un matériau adsorbant, mettant en œuvre les procédés selon les revendications 12 et 13.
Procédé selon la revendication 14, pour lequel on réalise les différentes étapes de charge ou de décharge successivement ou simultanément dans au moins deux étages de stockage.
Procédé selon l’une des revendications 12 à 15 pour lequel le fluide est de l’air et les molécules sont des molécules d’eau.