WO2017210805A1 - Urban heat-exchange network - Google Patents

Urban heat-exchange network Download PDF

Info

Publication number
WO2017210805A1
WO2017210805A1 PCT/CH2017/000067 CH2017000067W WO2017210805A1 WO 2017210805 A1 WO2017210805 A1 WO 2017210805A1 CH 2017000067 W CH2017000067 W CH 2017000067W WO 2017210805 A1 WO2017210805 A1 WO 2017210805A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat transfer
phase change
transfer fluid
change material
urban
Prior art date
Application number
PCT/CH2017/000067
Other languages
French (fr)
Inventor
François Ignace GEINOZ
Original Assignee
CUENI, Marcel
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CUENI, Marcel filed Critical CUENI, Marcel
Publication of WO2017210805A1 publication Critical patent/WO2017210805A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/026Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat with different heat storage materials not coming into direct contact
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D10/00District heating systems
    • F24D10/003Domestic delivery stations having a heat exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0052Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using the ground body or aquifers as heat storage medium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0056Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using solid heat storage material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/023Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/10Heat storage materials, e.g. phase change materials or static water enclosed in a space
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to an urban heat exchange network, comprising at least one thermal energy production unit, at least one duct for conveying a heat-transfer liquid at least partially charged with thermal energy supplied by said thermal production unit.
  • at least one user device for the thermal energy conveyed by said heat transfer fluid, wherein said user device comprises a heat transfer fluid withdrawal point for extracting thermal energy and an injection point for reinjecting said heat transfer fluid into said duct, wherein said withdrawal point is associated with a heat pump for extracting heat energy from said heat transfer fluid to supply said user device, and wherein said at least one duct is deposited in a trench formed in the surrounding land and filled with fill materials.
  • Remote heating networks commonly referred to as district heating systems, usually comprise at least one pair of ducts, the first of which, called a “go tube”, is connected between a hot source and at least one heat-energy consuming device, by way of intermediate of a draw point and the second, called “return tube” is connected between the drawpoint and the hot source to bring cooled coolant into the network.
  • the purpose of these networks is to supply the consumer device, which is for example a house, a utility room or the like, in calories taken from the heat transfer fluid.
  • the ducts are separate and arranged parallel to each other.
  • a heat-transfer fluid is supplied with a sufficient quantity of energy to enable it to bring sufficient heat energy to satisfy all consumers of the network fed by said heat transfer fluid;
  • said "charged” heat transfer fluid is circulated in the "out" duct, so that the consumers can be supplied through their draw point; in order to best avoid losses, the ducts must be effectively insulated;
  • phase 3 said circulating heat transfer fluid "discharged" in the conduit "return”, to bring it back to the heat source to recharge it; as for phase 2, in order to best avoid losses, the ducts must be effectively isolated.
  • the present invention proposes to overcome all of the disadvantages mentioned above by developing a remote heating network that is efficient and economical because it is designed to increase the capacity of existing thermal energy sources locally by capturing the free thermal energy and available to automatically integrate it into the network, to substantially store the available thermal energy and distribute it by restoring the stored energy according to the momentary needs of consumers.
  • a remote heating network that is efficient and economical because it is designed to increase the capacity of existing thermal energy sources locally by capturing the free thermal energy and available to automatically integrate it into the network, to substantially store the available thermal energy and distribute it by restoring the stored energy according to the momentary needs of consumers.
  • said at least one duct conveying said heat transfer fluid is made of a thermally good conducting material
  • said urban network comprises management means for maintaining said coolant at a temperature Ti, such as the difference ⁇ between the temperature Ti of said coolant and the average temperature T2 of the surrounding terrain, to a predetermined value.
  • said difference ⁇ is between 0 and 10 ° C and preferably between 1 and 5 ° C.
  • Said management means are advantageously arranged to constantly maintain the temperature T1 of said heat transfer fluid to a value greater than its freezing value.
  • said trench containing said backfill material may contain at least one phase change material.
  • said backfill materials comprise fractional elements which at least partially fill said trench, said fractionated elements comprising at least a first phase-change material in the form of solid particles mixed with said fractionated elements.
  • said fractionated elements at least partially filling said trench are in direct contact with the walls of said at least one conduit carrying said heat transfer fluid, wherein said walls of this conduit are made of a thermally good conducting material.
  • said at least one conduit for conveying a coolant liquid comprises a peripheral tube and an inner tube disposed inside said peripheral tube, said inner tube being arranged to convey said heat transfer fluid and defining a peripheral space formed between said peripheral tube and said inner tube, said peripheral space containing at least a second phase change material, and wherein the walls of said peripheral tube, are made of aimally good conductor material.
  • said second phase change material may be different from said first phase change material.
  • said at least one conduit for conveying a coolant liquid comprises a first peripheral tube and an inner tube (23a) disposed inside said peripheral tube, said inner tube being arranged to convey said heat transfer fluid and defining a first peripheral annular space formed between said first peripheral tube and said inner tube, said peripheral space containing at least one second phase change material, and a second peripheral tube disposed coaxially outside said first peripheral tube, to define a second a peripheral space formed between said first peripheral tube and said second peripheral tube, said second peripheral space containing at least a third phase change material, wherein the walls of said first peripheral tube, and the walls of said first peripheral tube, are made of a material thermally good driver.
  • Said management means advantageously comprise temperature sensors and valves for controlling the volume and / or the rate of circulation of the coolant to regulate the value of its temperature Ti and the difference ⁇ between the temperature Ti of said coolant and the temperature T 2 average of the surrounding terrain according to the consumption of said at least one user.
  • said second phase change material and said third phase change material are in the liquid state at the temperature Ti of the heat transfer liquid.
  • said second phase change material and said third phase change material are formic acid.
  • Said first phase change material may be a solid particle compound at the use temperature and inert with respect to mineral fill materials of said trench.
  • Each half-shell of each pair of interlocked half-shells may comprise a semi-cylindrical casing and a filling mass which is at least partially constituted of one of said phase-change materials.
  • FIG. 1 is a schematic view of a heat exchange network according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a first embodiment of a pipe section of said heat exchange network disposed in a trench
  • FIG. 3 is a diagrammatic cross-sectional view of a second embodiment of a pipe section of said heat exchange network disposed in a trench
  • FIG. 4 is a partial longitudinal sectional view of the pipe section represented by FIG. Figure 4, and
  • Figures 5A and 5B illustrate, respectively in longitudinal section and in cross section a particular embodiment, in which a phase change material is incorporated in two interlocking half-shells. better way (s) to achieve the invention
  • the heat exchange network 10 comprises at least one, and preferably a plurality of ducts 11, which preferably form a plurality of main loops 12 of ducts 11 conveying a coolant 13 to transport it between a source or a generator 14 of thermal energy and user devices 15 also called consumers.
  • Each of said main loops 12 comprises at least one drawpoint 16 and an injection point 17 which correspond to one or more user devices 15.
  • These user devices 15 can also be individual or collective. In the case of a collective user device, the distribution of the thermal energy taken is distributed inside a building, for example a rental building, according to specific criteria of occupancy of the building.
  • the withdrawal points 16 are arranged to take heat transfer fluid 13 and to distribute it to the corresponding user devices 15 and the injection points 17 are arranged to bring the heat transfer fluid 13 out of the user devices 15 to reinject it into the network.
  • a heat pump 18 At the outlet of each withdrawal point 16 is disposed a heat pump 18 for taking thermal energy from said heat transfer fluid 13 in order to deliver it to the user device 15 concerned.
  • the network is designed according to local needs and the main loops can be connected in series or in parallel depending on the location of users 15 and the geography of the area in which they are placed. The connection connections are simple, since only the circulation of heat transfer fluid is important, and that the insulation of the ducts 11 is completely secondary, as will be described later, while the concern for optimal insulation constitutes the essential concern of all the operators of the urban networks of the prior art.
  • FIG. 2 represents a cross-sectional view of a trench 20 in which a duct 11 has been put in place which conveys the coolant 13.
  • the ducts 1 which constitute the main loops 12 as well as the ducts which convey the heat transfer fluid 13 to the draw-off points 16 supplying the users 15 and from the injection points in the network from the users 15, are uninsulated conduits, made of a thermally good conducting material, in particular steel, to be able to exchange thermal energy with the surrounding environment.
  • the first embodiment shown in FIG. 2 illustrates the ducts 11 which convey the coolant 13, deposited in a trench 20, containing backfill material 22. In order to increase the thermal energy storage capacity in the materials of FIG.
  • phase-change material 21 is contained in the form of divided particles mixed in bulk with backfill materials 22
  • the duct 11 which is placed at the bottom of the trench 20 consists of a single single-walled tube 23 made of a thermally good conducting material, such as for example steel.
  • a desired objective is for example to charge the heat transfer fluid 13 into "hot" thermal energy, that is to say in calories, that it is advantageous to capture in part when they are released by the surrounding ground, through the wall 24 of the tube 23 in favor of the coolant, the average temperature of the heat transfer fluid must be lower than the average temperature of the ground, so that the heat exchange can be made from the ground to 24.
  • the objective sought is to charge the heat transfer fluid 13 with "cold" heat energy, that is to say in negative frigories or calorie, which should partly be released by the surrounding ground through the wall 24 of the tube 23 in favor of the heat transfer fluid, the average temperature of the coolant must be higher than the average temperature the ground so that the heat exchange can take place from inside the tube 24 to the surrounding ground.
  • This system can convey both hot thermal energy and energy cold thermal and especially to capture thermal energy naturally available in the surrounding terrain for use by various user devices arranged along the branches of the network.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of a trench 20 in which a duct 11 has been put in place which conveys the coolant 13.
  • the conduit 11 is composed of a first inner tube 23a having a peripheral wall 24a and a second outer tube 23b having a peripheral wall 24b, which surrounds the inner tube 23a.
  • the inner tube 23a conveys a coolant 13
  • the outer tube 23b disposed coaxially around the inner tube 23a, conveys a phase change material 30.
  • the conduit 11 is placed at the bottom of the trench 20 and the peripheral walls 24a and 24b, respectively of the inner tube 23a and the outer tube 23b are preferably made of a thermally good material conductor.
  • the heat transfer fluid 13 which circulates in the inner tube 23a exchanges thermal energy with the phase-change material 21 which circulates in the outer tube 23b which itself can exchange thermal energy with the surrounding materials and in particular the materials contained in trench 20 and the surrounding terrain.
  • the trench 20 contains backfill material, for example stones or rubble 26, in the upper zone or a mass of embankment comprising for example gravel and sand 22, in the lower part surrounding the outer tube 23b.
  • the phase change materials are intended to store thermal energy momentarily to be able to restore it to the coolant 13, at a time when the heat energy requirement of the user devices is detected .
  • a fourth embodiment is illustrated in Figure 4, as well as the operation of the device of the installation.
  • the heat transfer fluid of the tube 23a provides, as shown by the arrow Ai, thermal energy to a heat pump 18 and returns heat transfer fluid, as previously, in the conduit 23a, as shown by the arrow A2.
  • the inner conduit 23a is surrounded by a first coaxial conduit 24a with a peripheral wall 24b which is itself surrounded by a second coaxial conduit 25a with a peripheral wall 25b.
  • These coaxial conduits define two spaces respectively filled with phase change materials which are advantageously in liquid form, such as formic acid at room temperature.
  • the exchange of thermal energy is illustrated by the double arrow A3 which illustrates the heat exchange between the coolant and the phase change material 21 a.
  • the double arrow A4 illustrates the exchanges of heat energy and the surrounding ground that may contain said first phase-change material 21.
  • the arrow As illustrates possible exchanges between the phase change materials 21a and 21b.
  • the network is provided with means for detecting the thermal energy requirements, these means being in particular based on temperature measurements of the coolant. Depending on whether the objective is to provide heat or cold, a drop in temperature or an increase in temperature identify the need for calories or frigories, these needs then being met by at least one thermal energy generator of the network, which is complementary to the various "contributors" of thermal energy distributed on the network.
  • said second phase-change material 21a is incorporated in longitudinal segments 40 made up of pairs of half-shells 41 and 42 nested, mounted on the periphery of the duct 11.
  • Each half-shell 41 and 42 comprises a semi-cylindrical casing 41a and 42a, preferably made of a thermally good conductive material and a filling mass 41b and 42b which is at least partially made of one or more phase-change materials.
  • This mass filling can provide a partial or total filling, its purpose being both to capture thermal energy, to store it when it can not be used immediately and to restore it when the network Se asks, solicited by the or users via temperature sensors, for example.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

The invention relates to an urban heat-exchange network (10) which includes a thermal-energy production unit (14), a plurality of user thermal-energy devices (15), and ducts (11) for carrying a heat-transfer liquid (13) between the thermal-energy production unit (14) and the user thermal-energy device (15). The user device is provided with a point (16) for bleeding heat-transfer fluid in order to extract thermal energy therefrom, and an injection point (17) for injecting said calorific fluid (13) back into the network. The duct (11) carrying the heat-transfer fluid (13) is at least indirectly in contact with a phase-change material (21, 30) and the network includes management means (14a) for maintaining the mean temperature of said heat-transfer fluid (13) at a value different from the mean temperature of the surrounding land. Each bleeding point (16) is associated with a heat pump (18) for extracting thermal energy from said heat-transfer fluid in order to supply said user device (15).

Description

RESEAU URBAIN D'ECHANGE THERMIQUE Domaine technique  URBAN THERMAL EXCHANGE NETWORK Technical Area
La présente invention concerne un réseau urbain d'échange thermique, comportant au moins une unité de production d'énergie thermique, au moins un conduit pour véhiculer un liquide caloporteur au moins partiellement chargé avec de l'énergie thermique fournie par ladite unité de production thermique, au moins un dispositif utilisateur de l'énergie thermique véhiculée par ledit liquide caloporteur, dans lequel ledit dispositif utilisateur comporte un point de soutirage de fluide caloporteur pour en extraire de l'énergie thermique et un point d'injection pour réinjecter ledit fluide calorifique dans ledit conduit, dans lequel ledit point de soutirage est associé à une pompe à chaleur pour extraire de l'énergie thermique dudit fluide caloporteur pour alimenter ledit dispositif utilisateur, et dans lequel ledit au moins un conduit est déposé dans une tranchée ménagée dans le terrain environnant et comblée avec des matériaux de remblai.  The present invention relates to an urban heat exchange network, comprising at least one thermal energy production unit, at least one duct for conveying a heat-transfer liquid at least partially charged with thermal energy supplied by said thermal production unit. at least one user device for the thermal energy conveyed by said heat transfer fluid, wherein said user device comprises a heat transfer fluid withdrawal point for extracting thermal energy and an injection point for reinjecting said heat transfer fluid into said duct, wherein said withdrawal point is associated with a heat pump for extracting heat energy from said heat transfer fluid to supply said user device, and wherein said at least one duct is deposited in a trench formed in the surrounding land and filled with fill materials.
Technique antérieure Prior art
Les réseaux de chauffage à distance, appelés couramment chauffages urbains, comportent habituellement au moins une paire de conduits, dont le premier, appelé « tube aller » est connecté entre une source chaude et à au moins un dispositif consommateur d'énergie thermique, par l'intermédiaire d'un point de soutirage et dont le second, appelé « tube retour » est connecté entre le point de soutirage et la source chaude pour ramener le fluide caloporteur refroidi dans le réseau. L'objectif de ces réseaux est d'alimenter le dispositif consommateur, qui est par exemple une maison, un local utilitaire ou similaire, en calories prélevées dans te fluide caloporteur. Dans ce cas de réalisation, les conduits sont distincts et disposés parallèlement l'un par rapport à l'autre.  Remote heating networks, commonly referred to as district heating systems, usually comprise at least one pair of ducts, the first of which, called a "go tube", is connected between a hot source and at least one heat-energy consuming device, by way of intermediate of a draw point and the second, called "return tube" is connected between the drawpoint and the hot source to bring cooled coolant into the network. The purpose of these networks is to supply the consumer device, which is for example a house, a utility room or the like, in calories taken from the heat transfer fluid. In this embodiment, the ducts are separate and arranged parallel to each other.
Ces réseaux sont destinés à distribuer des calories en vue du chauffage de maisons individuelles et/ou collectives, la source étant toujours une source chaude et le système étant destiné exclusivement à assurer le chauffage. Dans d'autres cas, les conduits utilisés pour véhiculer un fluide caloporteur chaud sont composés d'un tube métallique central, par exemple en acier, entouré d'une couche épaisse d'un matériau isolant pour assurer l'isolation thermique du tube central, et d'un conduit périphérique étanche, qui constitue le conduit de retour. La couche épaisse de matériau isolant est réalisée de préférence en une matière synthétique, telle que par exemple une mousse en polyuréthane. Le conduit annulaire périphérique peut être réalisé en un matériau synthétique ou en métal. Pour une telle réalisation, le tube devra être isolé avec soins pour éviter une trop forte perte de chaleur dans le terrain environnant. These networks are intended to distribute calories for the heating of individual houses and / or collective, the source is always a hot source and the system is intended exclusively for heating. In other cases, the ducts used to convey a hot heat transfer fluid are composed of a central metal tube, for example steel, surrounded by a thick layer of insulating material to provide thermal insulation of the central tube, and a sealed peripheral conduit, which constitutes the return conduit. The thick layer of insulating material is preferably made of a synthetic material, such as for example a polyurethane foam. The annular peripheral duct may be made of a synthetic material or metal. For such an embodiment, the tube should be insulated with care to avoid excessive heat loss in the surrounding terrain.
Ces installations utilisent habituellement comme source chaude soit un générateur d'eau chaude soit un générateur de vapeur d'eau et le fluide caloporteur est, selon le cas, de l'eau chaude ou de la vapeur surchauffée, portée à une température élevée. La déperdition de chaleur dans les conduits qui véhiculent le fluide caloporteur, est en principe proportionnelle, par unité de longueur, à la différence entre la température du fluide caloporteur et l'environnement des conduits qui le véhiculent, de sorte que, dans les installations connues, soit les isolations sont très performantes, et par conséquent très coûteuses, soit les pertes en énergie sont élevées et les installations perdent en efficacité. Dans les deux cas, le bilan énergétique est médiocre et les coûts des installations ainsi que les coûts d'exploitation sont très élevés. These installations usually use as a hot source either a hot water generator or a steam generator and the heat transfer fluid is, as the case, hot water or superheated steam, brought to a high temperature. The heat loss in the conduits carrying the heat transfer fluid is in principle proportional, per unit length, to the difference between the temperature of the coolant and the environment of the conduits that convey it, so that in known installations Insulations are very efficient, and therefore very expensive, the energy losses are high and the facilities lose efficiency. In both cases, the energy balance is poor and the costs of the installations as well as the operating costs are very high.
Il en résulte que les réseaux de chauffage urbain actuels, sont basés sur le principe suivant : As a result, the current district heating networks are based on the following principle:
en phase 1, on fournit à un fluide caloporteur une quantité d'énergie suffisante pour permettre à ce dernier d'amener de l'énergie calorifique en suffisance pour donner satisfaction à l'ensemble des consommateurs du réseau alimenté par ledit fluide caloporteur ;  in phase 1, a heat-transfer fluid is supplied with a sufficient quantity of energy to enable it to bring sufficient heat energy to satisfy all consumers of the network fed by said heat transfer fluid;
- en phase 2, on met ledit fluide caloporteur « chargé » en circulation dans le conduit « aller », de telle manière que les consommateurs puissent être approvisionnés à travers leur point de soutirage ; en vue d'éviter au mieux les pertes, les conduits doivent être isolés efficacement ; in phase 2, said "charged" heat transfer fluid is circulated in the "out" duct, so that the consumers can be supplied through their draw point; in order to best avoid losses, the ducts must be effectively insulated;
en phase 3, on met ledit fluide caloporteur « déchargé » en circulation dans le conduit « retour », pour le ramener vers la source de chaleur pour le recharger ; comme pour la phase 2, en vue d'éviter au mieux les pertes, les conduits doivent être isolés efficacement.  in phase 3, said circulating heat transfer fluid "discharged" in the conduit "return", to bring it back to the heat source to recharge it; as for phase 2, in order to best avoid losses, the ducts must be effectively isolated.
Les réseaux de distributions actuels sont pénalisés aussi bien en ce qui concerne leur installation que leur exploitation en raison des coûts de production de l'énergie et de ceux de l'isolation. En outre ils ne sont généralement utilisables que pour transporter de la chaleur et ne sont pas adaptés pour véhiculer du froid. De ce fait, ils ne se sont pas généralisés et ne résolvent pas les problèmes liés au coût de l'énergie thermique pour le consommateur. Les publications ci-dessous illustrent l'art antérieur défini et présentent en partie ou en totalité les inconvénients décrits. Il s'agit de la publication allemande DE 10 2008 041715, de la publication allemande DE 32 24 854 A1 , de la publication allemande DE 31 02 869 A1 et de la publication japonaise JP 2014 102039 A qui illustrent des systèmes de chauffage centralisés qui font circuler un fluide caloporteur à l'intérieur d'un réseau couplé à des utilisateurs. Current distribution networks are penalized both for their installation and their operation because of the costs of energy production and insulation. In addition, they are generally only usable for transporting heat and are not suitable for conveying cold. As a result, they have not become widespread and do not solve the problems related to the cost of thermal energy for the consumer. The publications below illustrate the defined prior art and present in part or in full the disadvantages described. These are the German publication DE 10 2008 041715, the German publication DE 32 24 854 A1, the German publication DE 31 02 869 A1 and the Japanese publication JP 2014 102039 A which illustrate centralized heating systems that make circulating a heat transfer fluid inside a network coupled to users.
Exposé de l'invention Presentation of the invention
La présente invention se propose de pallier l'ensemble des inconvénients mentionnés ci-dessus en développant un réseau de chauffage à distance qui efficace et économique parce qu'il est conçu pour accroître la capacité des sources d'énergie thermique existantes localement en captant l'énergie thermique libre et disponible pour l'intégrer automatiquement dans le réseau, de stocker de manière substantielle l'énergie thermique disponible et de la distribuer en restituant l'énergie stockée en fonction des besoins momentanés des consommateurs. Ces buts sont atteints par le réseau de chauffage urbain, tel que défini en préambule et caractérisé en ce que : The present invention proposes to overcome all of the disadvantages mentioned above by developing a remote heating network that is efficient and economical because it is designed to increase the capacity of existing thermal energy sources locally by capturing the free thermal energy and available to automatically integrate it into the network, to substantially store the available thermal energy and distribute it by restoring the stored energy according to the momentary needs of consumers. These goals are achieved by the district heating network, as defined in the preamble and characterized in that:
ledit au moins un conduit véhiculant ledit fluide caloporteur est réalisé en un matériau thermiquement bon conducteur ;  said at least one duct conveying said heat transfer fluid is made of a thermally good conducting material;
- ledit au moins un conduit véhiculant ledit fluide caloporteur est au moins indirectement en contact, sans isolant thermique intermédiaire, avec lesdits matériaux de remblai de ladite tranchée ; et said at least one conduit conveying said coolant is at least indirectly in contact, without intermediate thermal insulation, with said backfill materials of said trench; and
ledit réseau urbain comporte des moyens de gestion pour maintenir ledit fluide caloporteur à une température Ti, telle que la différence ΔΤ entre la température Ti dudit fluide caloporteur et la température T2 moyenne du terrain environnant, à une valeur prédéterminée.  said urban network comprises management means for maintaining said coolant at a temperature Ti, such as the difference ΔΤ between the temperature Ti of said coolant and the average temperature T2 of the surrounding terrain, to a predetermined value.
Selon une première solution avantageuse, ladite différence ΔΤ est comprise entre 0 et 10°C et de préférence entre 1 et 5°C. According to a first advantageous solution, said difference ΔΤ is between 0 and 10 ° C and preferably between 1 and 5 ° C.
Lesdits moyens de gestion sont avantageusement agencés pour maintenir constamment la température T1 dudit fluide caloporteur à une valeur supérieure à sa valeur de congélation. D'une manière préférentielle, ladite tranchée contenant lesdits matériaux de remblai, peut contenir au moins un matériau à changement de phase. Said management means are advantageously arranged to constantly maintain the temperature T1 of said heat transfer fluid to a value greater than its freezing value. Preferably, said trench containing said backfill material may contain at least one phase change material.
De façon avantageuse, lesdits matériaux de remblai comportent des éléments fractionnés qui remplissant au moins partiellement ladite tranchée, lesdits éléments fractionnés comprenant au moins un premier matériau à changement de phase sous la forme de particules solides mélangées audits éléments fractionnés. Advantageously, said backfill materials comprise fractional elements which at least partially fill said trench, said fractionated elements comprising at least a first phase-change material in the form of solid particles mixed with said fractionated elements.
Selon une forme de réalisation, lesdits éléments fractionnés remplissant au moins partiellement ladite tranchée, sont en contact direct avec les parois dudit au moins un conduit véhiculant ledit fluide caloporteur, dans lequel lesdites parois de ce conduit sont réalisées en un matériau thermiquement bon conducteur. Selon un autre mode de réalisation, ledit au moins un conduit pour véhiculer un liquide caloporteur comporte un tube périphérique et un tube intérieur, disposé à l'intérieur dudit tube périphérique, ledit tube intérieur étant agencé pour véhiculer ledit fluide caloporteur et définissant un espace périphérique ménagé entre ledit tube périphérique et ledit tube intérieur, ledit espace périphérique contenant au moins un second matériau à changement de phase, et dans lequel les parois dudit tube périphérique, sont réalisées en un matériau theimiquement bon conducteur. Avantageusement, ledit second matériau à changement de phase peut être différent dudit premier matériau à changement de phase. According to one embodiment, said fractionated elements at least partially filling said trench, are in direct contact with the walls of said at least one conduit carrying said heat transfer fluid, wherein said walls of this conduit are made of a thermally good conducting material. According to another embodiment, said at least one conduit for conveying a coolant liquid comprises a peripheral tube and an inner tube disposed inside said peripheral tube, said inner tube being arranged to convey said heat transfer fluid and defining a peripheral space formed between said peripheral tube and said inner tube, said peripheral space containing at least a second phase change material, and wherein the walls of said peripheral tube, are made of aimally good conductor material. Advantageously, said second phase change material may be different from said first phase change material.
Selon une autre réalisation, ledit au moins un conduit pour véhiculer un liquide caloporteur comporte un premier tube périphérique et un tube intérieur (23a), disposé à l'intérieur dudit tube périphérique, ledit tube intérieur étant agencé pour véhiculer ledit fluide caloporteur et définissant un premier espace annulaire périphérique ménagé entre ledit premier tube périphérique et ledit tube intérieur, ledit espace périphérique contenant au moins un second matériau à changement de phase, et un second tube périphérique, disposé coaxialement à l'extérieur dudit premier tube périphérique, pour définir un second espace périphérique ménagé entre ledit premier tube périphérique et ledit second tube périphérique, ledit second espace périphérique contenant au moins un troisième matériau à changement de phase, dans lequel les parois dudit premier tube périphérique, et les parois dudit premier tube périphérique, sont réalisées en un matériau thermiquement bon conducteur. According to another embodiment, said at least one conduit for conveying a coolant liquid comprises a first peripheral tube and an inner tube (23a) disposed inside said peripheral tube, said inner tube being arranged to convey said heat transfer fluid and defining a first peripheral annular space formed between said first peripheral tube and said inner tube, said peripheral space containing at least one second phase change material, and a second peripheral tube disposed coaxially outside said first peripheral tube, to define a second a peripheral space formed between said first peripheral tube and said second peripheral tube, said second peripheral space containing at least a third phase change material, wherein the walls of said first peripheral tube, and the walls of said first peripheral tube, are made of a material thermally good driver.
Lesdits moyens de gestion comportent avantageusement des capteurs de température et des vannes de contrôle du volume et/ou de la vitesse de circulation du fluide caloporteur pour réguler la valeur de sa température Ti et ladite différence ΔΤ entre la température Ti dudit fluide caloporteur et la température T2 moyenne du terrain environnant en fonction de la consommation dudit au moins un utilisateur. Selon un mode de construction particulier, ledit second matériau à changement de phase et ledit troisième matériau à changement de phase sont à l'état liquide à la température Ti du liquide caloporteur. D'une manière préférentielle, ledit second matériau à changement de phase et ledit troisième matériau à changement de phase sont de l'acide formique. Said management means advantageously comprise temperature sensors and valves for controlling the volume and / or the rate of circulation of the coolant to regulate the value of its temperature Ti and the difference ΔΤ between the temperature Ti of said coolant and the temperature T 2 average of the surrounding terrain according to the consumption of said at least one user. According to a particular embodiment, said second phase change material and said third phase change material are in the liquid state at the temperature Ti of the heat transfer liquid. Preferably, said second phase change material and said third phase change material are formic acid.
Ledit premier matériau à changement de phase peut être un composé de particules solides à la température d'utilisation et inerte par rapport à des matériaux minéraux de remblai de ladite tranchée. Said first phase change material may be a solid particle compound at the use temperature and inert with respect to mineral fill materials of said trench.
Ledit deuxième matériau à changement de phase peut être incorporé dans des segments longitudinaux constitués de paires de demi-coques emboîtées, montées à la périphérie dudit au moins un conduit. Said second phase change material may be incorporated into longitudinal segments consisting of pairs of nested half-shells, mounted at the periphery of said at least one conduit.
Chaque demi-coque de chacune des paires de demi-coques emboîtées peut comporter une enveloppe semi-cylindrique et une masse de remplissage qui est au moins partiellement constituée d'un desdits matériaux à changement de phase. Each half-shell of each pair of interlocked half-shells may comprise a semi-cylindrical casing and a filling mass which is at least partially constituted of one of said phase-change materials.
Description sommaire des dessins Brief description of the drawings
La présente invention et ses principaux avantages apparaîtront mieux dans la description d'un mode de réalisation préféré, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'un réseau d'échange thermique selon l'invention, la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'une première forme de réalisation d'un tronçon de conduit dudit réseau d'échange thermique disposé dans une tranchée, la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale d'une deuxième forme de réalisation d'un tronçon de conduit dudit réseau d'échange thermique disposé dans une tranchée, la figure 4 est une vue en coupe longitudinale partielle du tronçon de conduit représenté par la figure 4, et The present invention and its main advantages will appear better in the description of a preferred embodiment, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a schematic view of a heat exchange network according to the invention, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a first embodiment of a pipe section of said heat exchange network disposed in a trench, FIG. 3 is a diagrammatic cross-sectional view of a second embodiment of a pipe section of said heat exchange network disposed in a trench, FIG. 4 is a partial longitudinal sectional view of the pipe section represented by FIG. Figure 4, and
Les figures 5A et 5B illustrent, respectivement en coupe longitudinale et en coupe transversale une forme de réalisation particulière, dans laquelle un matériau à changement de phase est incorporé dans deux demi-coques emboîtables. eilleure(s) manîère(s) de réaliser l'invention Figures 5A and 5B illustrate, respectively in longitudinal section and in cross section a particular embodiment, in which a phase change material is incorporated in two interlocking half-shells. better way (s) to achieve the invention
En référence aux figures, et en particulier à la figure 1 , le réseau d'échange d 'thermique 10 comporte au moins un, et de préférence une pluralité de conduits 11 , qui forment de préférence une pluralité de boucles principales 12 de conduits 11 véhiculant un fluide caloporteur 13 pour le transporter entre une source ou un générateur 14 d'énergie thermique et des dispositifs utilisateurs 15 également appelés consommateurs. Chacune desdites boucles principales 12 comporte au moins un point de soutirage 16 et un point d'injection 17 qui correspondent à un ou plusieurs dispositifs utilisateurs 15. Ces dispositifs utilisateurs 15 peuvent d'ailleurs être individuels ou collectifs. Dans le cas d'un dispositif utilisateur 15 collectif, la répartition de l'énergie thermique prélevée est distribuée à l'intérieur d'un bâtiment, par exemple un immeuble locatif, en fonction de critères spécifiques d'occupation du bâtiment. Les points de soutirage 16 sont agencés pour prélever du fluide caloporteur 13 et pour le distribuer aux dispositifs utilisateurs correspondants 15 et les points d'injection 17 sont agencés pour ramener le fluide caloporteur 13 sortant des dispositifs utilisateurs 15 pour le réinjecter dans le réseau. A la sortie de chaque point de soutirage 16 est disposée une pompe à chaleur 18 pour prélever de l'énergie thermique dudit fluide caloporteur 13 en vue de la délivrer au dispositif utilisateur 15 concerné. Le réseau est conçu en fonction des besoins locaux et les boucles principales peuvent être connectées en série ou en parallèle selon l'emplacement des utilisateurs 15 et la géographie de la zone dans laquelle ils sont placés. Les connexions de raccordement sont simples, du fait que seule la circulation de fluide caloporteur est importante, et que l'isolation des conduits 11 est totalement secondaire, comme cela sera décrit par la suite, alors que le souci d'une isolation optimale constitue la préoccupation essentielle de tous les exploitants des réseaux urbains de l'art antérieur. La figure 2 représente une vue en coupe transversale d'une tranchée 20 dans laquelle a été mis en place un conduit 11 qui véhicule le fluide caloporteur 13. On notera que les conduits 1 qui constituent les boucles principales 12 ainsi que les conduits qui véhiculent le fluide caloporteur 13 jusqu'aux points de soutirage 16 alimentant les utilisateurs 15 et depuis les points d'injection dans le réseau en provenance des utilisateurs 15, sont des conduits non isolés, réalisés en un matériau thermiquement bon conducteur, notamment de l'acier, pour pouvoir échanger de l'énergie thermique avec le milieu environnant. La première forme de réalisation représentée par la figure 2 illustre les conduits 11 qui véhiculent le fluide caloporteur 13, déposés dans une tranchée 20, contenant des matériaux de remblai 22. Afin d'augmenter la capacité de stockage d'énergie thermique dans les matériaux de remblai et du fait de l'échange rendu possible grâce aux caractéristiques de bonne conduction thermiques des parois des conduits qui véhiculent le fluide caloporteur 13, un matériau à changement de phase 21 est contenu sous forme de particules divisées mélangées en vrac aux matériaux de remblai 22. Le conduit 11 qui est posé au fond de la tranchée 20 est constitué d'un tube unique 23 à paroi simple 24 réalisée en un matériau thermiquement bon conducteur, comme par exemple de l'acier. En véhiculant le fluide caloporteur 13, il échange de l'énergie thermique avec les matériaux environnants et notamment les matériaux contenus dans la tranchée 20, y compris les particules solides de matériau à changement de phase. Dans le cadre de cette invention, un objectif recherché consiste par exemple charger le fluide caloporteur 13 en énergie thermique « chaude », c'est-à-dire en calories, qu'il est avantageux de capter en partie lorsqu'elles sont libérées par le terrain environnant, à travers la paroi 24 du tube 23 au profit du fluide caloporteur, la température moyenne du fluide caloporteur doit être obligatoirement inférieure à la température moyenne du terrain, de telle manière que l'échange thermique puisse s'effectuer du terrain vers l'intérieur du tube 24. En revanche, lorsque, dans le cadre de cette invention, l'objectif recherché est de charger le fluide caloporteur 13 en énergie calorifique « froide », c'est-à-dire en frigories ou calorie négatives, qui devraient en partie être libérées par le terrain environnant à travers la paroi 24 du tube 23 au profit du fluide caloporteur, la température moyenne du fluide caloporteur doit être supérieure à la température moyenne du terrain, de telle manière que l'échange de chaleur puisse s'effectuer de l'intérieur du tube 24 vers le terrain environnant. With reference to the figures, and in particular to FIG. 1, the heat exchange network 10 comprises at least one, and preferably a plurality of ducts 11, which preferably form a plurality of main loops 12 of ducts 11 conveying a coolant 13 to transport it between a source or a generator 14 of thermal energy and user devices 15 also called consumers. Each of said main loops 12 comprises at least one drawpoint 16 and an injection point 17 which correspond to one or more user devices 15. These user devices 15 can also be individual or collective. In the case of a collective user device, the distribution of the thermal energy taken is distributed inside a building, for example a rental building, according to specific criteria of occupancy of the building. The withdrawal points 16 are arranged to take heat transfer fluid 13 and to distribute it to the corresponding user devices 15 and the injection points 17 are arranged to bring the heat transfer fluid 13 out of the user devices 15 to reinject it into the network. At the outlet of each withdrawal point 16 is disposed a heat pump 18 for taking thermal energy from said heat transfer fluid 13 in order to deliver it to the user device 15 concerned. The network is designed according to local needs and the main loops can be connected in series or in parallel depending on the location of users 15 and the geography of the area in which they are placed. The connection connections are simple, since only the circulation of heat transfer fluid is important, and that the insulation of the ducts 11 is completely secondary, as will be described later, while the concern for optimal insulation constitutes the essential concern of all the operators of the urban networks of the prior art. FIG. 2 represents a cross-sectional view of a trench 20 in which a duct 11 has been put in place which conveys the coolant 13. It will be noted that the ducts 1 which constitute the main loops 12 as well as the ducts which convey the heat transfer fluid 13 to the draw-off points 16 supplying the users 15 and from the injection points in the network from the users 15, are uninsulated conduits, made of a thermally good conducting material, in particular steel, to be able to exchange thermal energy with the surrounding environment. The first embodiment shown in FIG. 2 illustrates the ducts 11 which convey the coolant 13, deposited in a trench 20, containing backfill material 22. In order to increase the thermal energy storage capacity in the materials of FIG. embankment and because of the exchange made possible by virtue of the characteristics of good thermal conduction of the walls of the conduits which convey the coolant 13, a phase-change material 21 is contained in the form of divided particles mixed in bulk with backfill materials 22 The duct 11 which is placed at the bottom of the trench 20 consists of a single single-walled tube 23 made of a thermally good conducting material, such as for example steel. By conveying the heat transfer fluid 13, it exchanges thermal energy with the surrounding materials and in particular the materials contained in the trench 20, including the solid particles of phase change material. In the context of this invention, a desired objective is for example to charge the heat transfer fluid 13 into "hot" thermal energy, that is to say in calories, that it is advantageous to capture in part when they are released by the surrounding ground, through the wall 24 of the tube 23 in favor of the coolant, the average temperature of the heat transfer fluid must be lower than the average temperature of the ground, so that the heat exchange can be made from the ground to 24. On the other hand, when, in the context of this invention, the objective sought is to charge the heat transfer fluid 13 with "cold" heat energy, that is to say in negative frigories or calorie, which should partly be released by the surrounding ground through the wall 24 of the tube 23 in favor of the heat transfer fluid, the average temperature of the coolant must be higher than the average temperature the ground so that the heat exchange can take place from inside the tube 24 to the surrounding ground.
Les matériaux de remblai contenus dans la tranchée 20, que ce soit par exemple des pierres 25 dans la zone supérieure ou une masse de remblaiement comportant par exemple du gravier et du sable 22, mélangés à des particules de matériaux à changement de phase 21 , par exemple sous la forme de particules solides, dans la partie inférieure de la tranchée 20, communiquent leur état thermique au fluide caloporteur 13 circulant dans le tube 23. Ce système permet de véhiculer à la fois de l'énergie thermique chaude et de l'énergie thermique froide et surtout de capter de l'énergie thermique naturellement disponible dans le terrain environnant en vue de son utilisation par divers dispositifs utilisateurs disposés le long des branches du réseau. The backfill materials contained in the trench 20, for example stones in the upper zone or an embankment mass comprising for example gravel and sand 22, mixed with particles of phase-change materials 21, for example example in the form of solid particles, in the lower part of the trench 20, communicate their thermal state to the coolant 13 flowing in the tube 23. This system can convey both hot thermal energy and energy cold thermal and especially to capture thermal energy naturally available in the surrounding terrain for use by various user devices arranged along the branches of the network.
Une autre forme de réalisation du conduit 11 est illustrée par la figure 3 qui représente une vue en coupe transversale d'une tranchée 20 dans laquelle a été mis en place un conduit 11 qui véhicule le fluide caloporteur 13. Il s'agit d'une deuxième forme de réalisation, dans laquelle le conduit 11 se compose d'un premier tube intérieur 23a ayant une paroi périphérique 24a et d'un deuxième tube extérieur 23b ayant une paroi périphérique 24b, qui entoure le tube intérieur 23a. Le tube intérieur 23a véhicule un fluide caloporteur 13 et le tube extérieur 23b, disposé coaxialement autour du tube intérieur 23a, véhicule un matériau à changement de phase 30. Comme précédemment, le conduit 11 est posé au fond de la tranchée 20 et les parois périphériques 24a et 24b, respectivement du tube intérieur 23a et du tube extérieur 23b sont de préférence réalisées en un matériau thermiquement bon conducteur. Le fluide caloporteur 13 qui circule dans le tube intérieur 23a échange de l'énergie thermique avec le matériau à changement de phase 21 qui circule dans le tube extérieur 23b qui lui-même peut échanger de l'énergie thermique avec les matériaux environnants et notamment les matériaux contenus dans la tranchée 20 et le terrain environnant. La tranchée 20 contient des matériaux de remblai, par exemple des pierres 25 ou des gravats 26, dans la zone supérieure ou une masse de remblai comportant par exemple du gravier et du sable 22, dans la partie inférieure entourant le tube extérieur 23b. Another embodiment of the duct 11 is illustrated in FIG. 3, which shows a cross-sectional view of a trench 20 in which a duct 11 has been put in place which conveys the coolant 13. second embodiment, wherein the conduit 11 is composed of a first inner tube 23a having a peripheral wall 24a and a second outer tube 23b having a peripheral wall 24b, which surrounds the inner tube 23a. The inner tube 23a conveys a coolant 13 and the outer tube 23b, disposed coaxially around the inner tube 23a, conveys a phase change material 30. As previously, the conduit 11 is placed at the bottom of the trench 20 and the peripheral walls 24a and 24b, respectively of the inner tube 23a and the outer tube 23b are preferably made of a thermally good material conductor. The heat transfer fluid 13 which circulates in the inner tube 23a exchanges thermal energy with the phase-change material 21 which circulates in the outer tube 23b which itself can exchange thermal energy with the surrounding materials and in particular the materials contained in trench 20 and the surrounding terrain. The trench 20 contains backfill material, for example stones or rubble 26, in the upper zone or a mass of embankment comprising for example gravel and sand 22, in the lower part surrounding the outer tube 23b.
On pourrait envisager une variante mixte englobant à la fois la forme de réalisation de la figure 2 et celle de la figure 3. Dans ce cas, la tranchée contient au moins un premier matériau à changement de phase 21 à l'état de particules solides, à la température d'utilisation et le tube extérieur 23b contient un second matériau à changement de phase 21a, à l'état liquide, au moins pendant le captage de l'énergie thermique. One could envisage a mixed variant encompassing both the embodiment of FIG. 2 and that of FIG. 3. In this case, the trench contains at least a first phase-change material 21 in the form of solid particles. at the temperature of use and the outer tube 23b contains a second phase-change material 21a, in the liquid state, at least during the capture of the thermal energy.
Dans ces trois modes de réalisation, les matériaux à changement de phase ont pour but de stocker de l'énergie thermique momentanément pour être en mesure de la restituer au fluide caloporteur 13, à un moment où le besoin en énergie calorifique des dispositifs utilisateurs est détecté. In these three embodiments, the phase change materials are intended to store thermal energy momentarily to be able to restore it to the coolant 13, at a time when the heat energy requirement of the user devices is detected .
Un quatrième mode de réalisation est illustré par la figure 4, ainsi que le fonctionnement du dispositif de l'installation. Le fluide caloporteur du tube 23a fournit, comme le montre la flèche Ai, de l'énergie thermique à une pompe à chaleur 18 et renvoie du fluide caloporteur, comme précédemment, dans le conduit 23a, comme le montre la flèche A2. Le conduit intérieur 23a est entouré d'un premier conduit coaxial 24a avec une paroi périphérique 24b qui est lui-même entouré d'un deuxième conduit coaxial 25a avec une paroi périphérique 25b. Ces conduits coaxiaux définissent deux espaces respectivement remplis de matériaux à changement de phase qui sont avantageusement sous forme liquide, comme par exemple l'acide formique à une température ambiante. A fourth embodiment is illustrated in Figure 4, as well as the operation of the device of the installation. The heat transfer fluid of the tube 23a provides, as shown by the arrow Ai, thermal energy to a heat pump 18 and returns heat transfer fluid, as previously, in the conduit 23a, as shown by the arrow A2. The inner conduit 23a is surrounded by a first coaxial conduit 24a with a peripheral wall 24b which is itself surrounded by a second coaxial conduit 25a with a peripheral wall 25b. These coaxial conduits define two spaces respectively filled with phase change materials which are advantageously in liquid form, such as formic acid at room temperature.
L'échange d'énergie thermique est illustré par la double flèche A3 qui illustre les échanges thermiques entre le fluide caloporteur et le matériau à changement de phase 21 a. La double flèche A4 illustre les échanges d'énergie calorifique et le terrain environnant pouvant contenir ledit premier matériau à changement de phase 21. La flèche As illustre d'éventuels échanges entre les matériaux de changement de phase 21 a et 21 b. The exchange of thermal energy is illustrated by the double arrow A3 which illustrates the heat exchange between the coolant and the phase change material 21 a. The double arrow A4 illustrates the exchanges of heat energy and the surrounding ground that may contain said first phase-change material 21. The arrow As illustrates possible exchanges between the phase change materials 21a and 21b.
Le réseau est pourvu de moyens de détection des besoins en énergie thermique, ces moyens étant notamment basés sur des mesures de température du fluide caloporteur. Selon que l'objectif est de fournir de la chaleur ou du froid, une baisse de température ou une augmentation de température identifient les besoins en calories ou en frigories, ces besoins étant alors comblés par au moins un générateur d'énergie thermique du réseau, qui est complémentaire aux différents « apporteurs » d'énergie thermique distribués sur le réseau. The network is provided with means for detecting the thermal energy requirements, these means being in particular based on temperature measurements of the coolant. Depending on whether the objective is to provide heat or cold, a drop in temperature or an increase in temperature identify the need for calories or frigories, these needs then being met by at least one thermal energy generator of the network, which is complementary to the various "contributors" of thermal energy distributed on the network.
En référence aux figures 5A et 5B, ledit deuxième matériau à changement de phase 21 a est incorporé dans des segments longitudinaux 40 constitués de paires de demi-coques 41 et 42 emboîtées, montées à la périphérie du conduit 11. Chaque demi-coque 41 et 42 comporte une enveloppe semi-cylindrique 41a et 42a, réalisées de préférence en un matériau thermiquement bon conducteur et une masse de remplissage 41b et 42b qui est au moins partiellement constituée d'un ou de plusieurs matériaux à changement de phase. Cette masse de remplissage peut assurer un remplissage partiel ou total, son objectif étant à la fois de capter de l'énergie thermique, de la stocker lorsqu'elle n'est pas utilisable immédiatement et de la restituer lorsque le réseau Se demande, sollicité par le ou les utilisateurs par l'intermédiaire de capteurs de température, par exemple. With reference to FIGS. 5A and 5B, said second phase-change material 21a is incorporated in longitudinal segments 40 made up of pairs of half-shells 41 and 42 nested, mounted on the periphery of the duct 11. Each half-shell 41 and 42 comprises a semi-cylindrical casing 41a and 42a, preferably made of a thermally good conductive material and a filling mass 41b and 42b which is at least partially made of one or more phase-change materials. This mass filling can provide a partial or total filling, its purpose being both to capture thermal energy, to store it when it can not be used immediately and to restore it when the network Se asks, solicited by the or users via temperature sensors, for example.
Le contact direct avec le terrain, est assuré, éventuellement par l'intermédiaire de matériaux de remblais de la tranchée, de sorte que les échanges d'énergie thermiques peuvent être effectués de façon efficace quasiment sans perte. Les objectifs de l'invention sont remplis de manière simple et économique. Direct contact with the ground is ensured, possibly through trench fill materials, so that heat exchange can be effected effectively with virtually no loss. The objectives of the invention are fulfilled simply and economically.
Diverses variantes pourraient être imaginées par l'homme de l'art, en ce qui concerne la réalisation et la disposition des conduits qui constituent le réseau, mais elles restent incluses dans les caractéristiques définies par les revendications. Various variants could be devised by those skilled in the art, as regards the construction and layout of the conduits that constitute the network, but they remain included in the features defined by the claims.

Claims

REVENDICATIONS
1. Réseau urbain (10) d'échange thermique, comportant au moins une unité (14) de production d'énergie thermique, au moins un conduit (11) pour véhiculer un liquide caloporteur (13) au moins partiellement chargé avec de l'énergie thermique fournie par ladite unité (14) de production thermique, au moins un dispositif utilisateur (15) de l'énergie thermique véhiculée par ledit liquide caloporteur (13), dans lequel ledit dispositif utilisateur comporte un point de soutirage (16) de fluide caloporteur pour en extraire de l'énergie thermique et un point d'injection (17) pour réinjecter ledit fluide calorifique (13) dans ledit conduit (11). 1. Urban heat exchange network (10), comprising at least one unit (14) for producing thermal energy, at least one conduit (11) for conveying a heat transfer liquid (13) at least partially charged with heat thermal energy supplied by said thermal production unit (14), at least one user device (15) of the thermal energy conveyed by said heat transfer liquid (13), in which said user device comprises a fluid withdrawal point (16) heat transfer medium to extract thermal energy and an injection point (17) to reinject said heat fluid (13) into said conduit (11).
dans lequel ledit point de soutirage (16) est associé à une pompe à chaleur (18) pour extraire de l'énergie thermique dudit fluide caloporteur pour alimenter ledit dispositif utilisateur (15), et in which said withdrawal point (16) is associated with a heat pump (18) for extracting thermal energy from said heat transfer fluid to power said user device (15), and
dans lequel ledit au moins un conduit (11) est déposé dans une tranchée (20) ménagée dans le terrain environnant et comblée avec des matériaux de remblai, caractérisé en ce que : in which said at least one conduit (11) is deposited in a trench (20) made in the surrounding ground and filled with backfill materials, characterized in that:
ledit au moins un conduit (11) véhiculant ledit fluide caloporteur (13) est réalisé en un matériau thermiquement bon conducteur ; said at least one conduit (11) conveying said heat transfer fluid (13) is made of a thermally good conductor material;
- ledit au moins un conduit (11) véhiculant ledit fluide caloporteur (13) est au moins indirectement en contact, sans isolant thermique intermédiaire, avec lesdits matériaux de remblai de ladite tranchée (20) ; et - said at least one conduit (11) conveying said heat transfer fluid (13) is at least indirectly in contact, without intermediate thermal insulation, with said backfill materials of said trench (20); And
ledit réseau urbain (10) comporte des moyens de gestion (14a) pour maintenir ledit fluide caloporteur (13) à une température Τ , telle que la différence ΔΤ entre la température ΤΊ dudit fluide caloporteur (13) et la température T2 moyenne du terrain environnant, à une valeur prédéterminée. said urban network (10) comprises management means (14a) for maintaining said heat transfer fluid (13) at a temperature Τ, such as the difference ΔΤ between the temperature ΤΊ of said heat transfer fluid (13) and the average temperature T2 of the surrounding terrain , to a predetermined value.
2. Réseau urbain (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite différence ΔΤ est comprise entre 0 et 10°C et de préférence entre 1 et 5°C. 2. Urban network (10) according to claim 1, characterized in that said difference ΔΤ is between 0 and 10°C and preferably between 1 and 5°C.
3. Réseau urbain (10) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens de gestion (14a) sont agencés pour maintenir constamment la température Ti dudit fluide caloporteur (13) à une valeur supérieure à sa valeur de congélation. 3. Urban network (10) according to claim 1, characterized in that said management means (14a) are arranged to constantly maintain the temperature Ti of said heat transfer fluid (13) at a value greater than its freezing value.
4. Réseau urbain (10) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite tranchée contenant lesdits matériaux de remblai, contient au moins un matériau à changement de phase. 4. Urban network (10) according to claim 1, characterized in that said trench containing said backfill materials contains at least one phase change material.
5. Réseau urbain d'échange thermique selon ra revendication 5, dans lequel lesdits matériaux de remblai comportent des éléments fractionnés qui remplissant au moins partiellement ladite tranchée, lesdits éléments fractionnés comprenant au moins un premier matériau à changement de phase (21 ) sous la forme de particules solides mélangées audits éléments fractionnés. 5. Urban heat exchange network according to claim 5, wherein said backfill materials comprise split elements which at least partially fill said trench, said split elements comprising at least a first phase change material (21) in the form of solid particles mixed with said fractionated elements.
6. Réseau urbain d'échange thermique, selon la revendication 5, dans lequel lesdits éléments fractionnés remplissant au moins partiellement ladite tranchée, sont en contact direct avec les parois (23) dudit au moins un conduit (11 ) véhiculant ledit fluide caloporteur (13), dans lequel lesdites parois de ce conduit sont réalisées en un matériau thermiquement bon conducteur. 6. Urban heat exchange network, according to claim 5, in which said split elements at least partially filling said trench, are in direct contact with the walls (23) of said at least one conduit (11) conveying said heat transfer fluid (13). ), in which said walls of this conduit are made of a thermally good conductor material.
7. Réseau urbain d'échange thermique, selon la revendication 4, dans lequel ledit au moins un conduit (1 1) pour véhiculer un liquide caloporteur (13) comporte un tube périphérique (24a) et un tube intérieur (23a), disposé à l'intérieur dudit tube périphérique (24a), ledit tube intérieur (23a) étant agencé pour véhiculer ledit fluide caloporteur ( 3) et définissant un espace périphérique ménagé entre ledit tube périphérique (24a) et ledit tube intérieur (23a), ledit espace périphérique contenant au moins un second matériau à changement de phase (21a), et dans lequel les parois (24b) dudit tube périphérique (24a), sont réalisées en un matériau thermiquement bon conducteur. 7. Urban heat exchange network, according to claim 4, in which said at least one conduit (1 1) for conveying a heat transfer liquid (13) comprises a peripheral tube (24a) and an inner tube (23a), arranged at the interior of said peripheral tube (24a), said inner tube (23a) being arranged to convey said heat transfer fluid (3) and defining a peripheral space provided between said peripheral tube (24a) and said inner tube (23a), said peripheral space containing at least a second phase change material (21a), and in which the walls (24b) of said peripheral tube (24a) are made of a thermally good conductor material.
8. Réseau urbain d'échange thermique, selon la revendication 7, dans lequel ledit second matériau à changement de phase (21 a) est différent dudit premier matériau à changement de phase (21). 8. Urban heat exchange network according to claim 7, wherein said second phase change material (21 a) is different from said first phase change material (21).
9. Réseau urbain d'échange thermique, selon la revendication 4, dans lequel ledit au moins un conduit (11 ) pour véhiculer un liquide caloporteur (13) comporte un premier tube périphérique (24a) et un tube intérieur (23a), disposé à l'intérieur dudit tube périphérique (24a), ledit tube intérieur (23a) étant agencé pour véhiculer ledit fluide caloporteur (13) et définissant un premier espace annulaire périphérique ménagé entre ledit premier tube périphérique (24a) et ledit tube intérieur (23a), ledit espace périphérique contenant au moins un second matériau à changement de phase (21a), et un second tube périphérique (25a), disposé coaxialement à l'extérieur dudit premier tube périphérique (24a), pour définir un second espace périphérique ménagé entre ledit premier tube périphérique (24a) et ledit second tube périphérique (25a), ledit second espace périphérique contenant au moins un troisième matériau à changement de phase (21b), dans lequel les parois (24b) dudit premier tube périphérique (24a), et les parois (25b) dudit premier tube périphérique (25a), sont réalisées en un matériau thermiquement bon conducteur. 9. Urban heat exchange network, according to claim 4, in which said at least one conduit (11) for conveying a heat transfer liquid (13) comprises a first peripheral tube (24a) and an inner tube (23a), arranged at the interior of said peripheral tube (24a), said inner tube (23a) being arranged to convey said heat transfer fluid (13) and defining a first peripheral annular space provided between said first peripheral tube (24a) and said inner tube (23a), said peripheral space containing at least a second phase change material (21a), and a second peripheral tube (25a), arranged coaxially outside said first peripheral tube (24a), to define a second peripheral space provided between said first peripheral tube (24a) and said second peripheral tube (25a), said second peripheral space containing at least a third phase change material (21b), in which the walls (24b) of said first peripheral tube (24a), and the walls (25b) of said first peripheral tube (25a), are made of a thermally good conductive material.
10. Réseau urbain d'échange thermique, selon la revendication 1 , dans lequel lesdits moyens de gestion (14a) comportent des capteurs de température et des vannes de contrôle du volume et/ou de la vitesse de circulation du fluide caloporteur pour réguler la valeur de sa température Ti et ladite différence ΔΤ entre la température Ti dudit fluide caloporteur (13) et la température T2 moyenne du terrain environnant en fonction de la consommation dudit au moins un utilisateur. 10. Urban heat exchange network, according to claim 1, in which said management means (14a) comprise temperature sensors and valves for controlling the volume and/or the speed of circulation of the heat transfer fluid to regulate the value of its temperature Ti and said difference ΔΤ between the temperature Ti of said heat transfer fluid (13) and the average temperature T2 of the surrounding terrain as a function of the consumption of said at least one user.
11. Réseau urbain d'échange thermique, selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, dans lequel, ledit second matériau à changement de phase (21a) et ledit troisième matériau à changement de phase (21b) sont à l'état liquide à la température Ti du liquide caloporteur (13). 11. Urban heat exchange network, according to any one of claims 4 to 10, wherein said second phase change material (21a) and said third phase change material (21b) are in the liquid state at the temperature Ti of the heat transfer liquid (13).
12. Réseau urbain d'échange thermique, selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, dans lequel, ledit second matériau à changement de phase (21a) et ledit troisième matériau à changement de phase (21b) sont de l'acide formique. 12. Urban heat exchange network, according to any one of claims 4 to 10, in which, said second phase change material (21a) and said third phase change material (21b) are formic acid.
13. Réseau urbain d'échange thermique, selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, ledit premier matériau à changement de phase (21 ) est un composé de particules solides à la température d'utilisation et inerte par rapport à des matériaux minéraux de remblai de ladite tranchée. 13. Urban heat exchange network, according to any one of the preceding claims, in which, said first phase change material (21) is a compound of solid particles at the temperature of use and inert with respect to materials backfill minerals from said trench.
14. Réseau urbain d'échange thermique, selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit deuxième matériau à changement de phase (21a) est incorporé dans des segments longitudinaux (40) constitués de paires de demi-coques emboîtées, montées à la périphérie dudit au moins un conduit ( 1). 14. Urban heat exchange network, according to any one of the preceding claims, in which said second phase change material (21a) is incorporated in longitudinal segments (40) consisting of pairs of nested half-shells, mounted at the periphery of said at least one conduit (1).
15. Réseau urbain d'échange thermique, selon la revendication 14, dans lequel chaque demi-coque de chacune des paires de demi-coques emboîtées (41a,41b ; 42a,42b) comporte une enveloppe semi-cylindrique (41a, 42a) et une masse de remplissage (41b, 42b) qui est au moins partiellement constituée d'un desdits matériaux à changement de phase (21 , 21a, 21b). 15. Urban heat exchange network, according to claim 14, in which each half-shell of each of the pairs of nested half-shells (41a, 41b; 42a, 42b) comprises a semi-cylindrical envelope (41a, 42a) and a filling mass (41b, 42b) which is at least partially made up of one of said phase change materials (21, 21a, 21b).
PCT/CH2017/000067 2016-06-06 2017-06-06 Urban heat-exchange network WO2017210805A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH00722/16 2016-06-06
CH00722/16A CH712526B1 (en) 2016-06-06 2016-06-06 Urban heat exchange network.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017210805A1 true WO2017210805A1 (en) 2017-12-14

Family

ID=57233253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CH2017/000067 WO2017210805A1 (en) 2016-06-06 2017-06-06 Urban heat-exchange network

Country Status (2)

Country Link
CH (1) CH712526B1 (en)
WO (1) WO2017210805A1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2608873A1 (en) * 1976-03-04 1977-09-08 Herbert Ing Grad Kirn Heat pump with storage heater for subcooling heat - has two compressors for basic and peak heat requirements
DE3102869A1 (en) 1981-01-29 1982-09-30 Solar Wärmetechnik GmbH, 7980 Ravensburg Device for storing heat for heating installations
DE3224854A1 (en) 1982-07-02 1984-01-05 Corbelia GmbH, 5412 Puch Heat store
DE102008037316A1 (en) * 2007-08-10 2009-02-12 Fischer, Volker, Dr. Ing. System to recover heat from deep probes, at the earth's crust, uses a latent storage material around the probe to increase the heat collection
DE102008041715A1 (en) 2008-08-29 2010-03-04 Lüumel GmbH Heat and hot water supply, for a building, uses a solar energy installation with at least one storage buried in the ground
JP2014102039A (en) 2012-11-20 2014-06-05 Toshiba Corp Heat storage device and air conditioner
WO2015141878A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 숭실대학교산학협력단 Ground heat exchanger to which pcm fusion grout is applied and method for installing same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2608873A1 (en) * 1976-03-04 1977-09-08 Herbert Ing Grad Kirn Heat pump with storage heater for subcooling heat - has two compressors for basic and peak heat requirements
DE3102869A1 (en) 1981-01-29 1982-09-30 Solar Wärmetechnik GmbH, 7980 Ravensburg Device for storing heat for heating installations
DE3224854A1 (en) 1982-07-02 1984-01-05 Corbelia GmbH, 5412 Puch Heat store
DE102008037316A1 (en) * 2007-08-10 2009-02-12 Fischer, Volker, Dr. Ing. System to recover heat from deep probes, at the earth's crust, uses a latent storage material around the probe to increase the heat collection
DE102008041715A1 (en) 2008-08-29 2010-03-04 Lüumel GmbH Heat and hot water supply, for a building, uses a solar energy installation with at least one storage buried in the ground
JP2014102039A (en) 2012-11-20 2014-06-05 Toshiba Corp Heat storage device and air conditioner
WO2015141878A1 (en) * 2014-03-21 2015-09-24 숭실대학교산학협력단 Ground heat exchanger to which pcm fusion grout is applied and method for installing same

Also Published As

Publication number Publication date
CH712526A1 (en) 2017-12-15
CH712526B1 (en) 2023-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2586057B1 (en) Thermogenerator comprising phase-change materials
EP3175196B1 (en) Energy storage device with phase change material and method for storage
EP2904343B1 (en) Heat exchanger for thermal storage system
CN105683677A (en) Heat reservoir, and method for operating a heat reservoir
FR3026471A1 (en) ELECTRICAL RADIATOR WITH PHASE CHANGE
WO2017210805A1 (en) Urban heat-exchange network
WO2018006183A1 (en) Thermal energy distribution network
FR3054878B1 (en) THERMAL ENERGY STORAGE DEVICE
EP3423772B1 (en) Heat storage tank with optimized operation
EP3633304B1 (en) Standalone regulated thermo-box
CA1244732A (en) Two way thermovane, installation for the production and starage of heat or cold incorporating said thermovane, and various uses for said installation
FR3036174B1 (en) REVERSIBLE GEOTHERMAL STORAGE DEVICE IN RECONSTRUCTIVE SOIL
WO2018010035A1 (en) Thermal energy distribution network
WO2012041724A1 (en) Thermal store, heating module using such a thermal store and heating device using such a thermal store and/or such a module
WO2021123559A1 (en) Heat-exchange device for electrical and/or electronic components
CH712934A2 (en) Urban heat exchange network.
EP2952706B1 (en) Heat-exchange device, exhaust line of a combustion engine and thermoelectric module including such a device
FR3071045A1 (en) UNDERGROUND HEAT STORAGE SYSTEM FOR HEATING AND / OR HOT WATER PRODUCTION PLANT
EP3214398B1 (en) Energy storage device by phase change material including an electrical load integrated in the fluid circuit
EP4193417A1 (en) Device for cooling two electrochemical cells, corresponding electrochemical assembly and method
WO2022243965A1 (en) Container for phase-change material
EP2770288A1 (en) System for storing and withdrawing thermal energy contained in a fluid
WO2017055626A1 (en) System for producing and storing electrical energy by means of a thermal doublet

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17740607

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17740607

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1