WO2018025000A1 - Dispositif de stockage d'énergie thermique - Google Patents

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WO2018025000A1
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Jean Luc BERTRAND
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Bertrand Jean Luc
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    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention is in the field of thermal energy management and more particularly relates to a thermal energy storage device, for example to meet the thermal energy needs of a residential building.
  • Thermal energy is generally used in residential buildings, for example, for the implementation of water heating systems for sanitary purposes or in heating systems of residential buildings.
  • thermal energy from the energy released by the radiation of the sun.
  • this mode of production is implemented by so-called "thermal" solar panels intended to capture the thermal energy released by the radiation of the sun.
  • These panels consist of ducts in which circulates a fluid intended to be charged with thermal energy when it is subjected to the radiation of the sun. This fluid is intended to convey said thermal energy in order to distribute it appropriately in a given location in a residential building.
  • This type of solar panel is dependent on solar radiation to capture the thermal energy, the production of thermal energy is zero in the absence of solar radiation, for example, at night. As a result, the thermal energy production is intermittent and is often not sufficient to cover all the needs of a user. It is therefore generally necessary to combine the production of thermal energy from solar thermal panels with additional devices operating with electric energy, gas or other.
  • geothermal energy which exploits the energy released at depth by the earth's subsoil.
  • This mode of production consists in capturing the energy contained in the earth's crust, through conduits in which a fluid circulates. A portion of these ducts is typically buried a few meters or tens of meters below the ground surface and another portion communicates with a suitable residential building heating system. Thus, the fluid is charged with thermal energy as it progresses in the buried portion of the ducts, and is discharged into the appropriate system for heating water or residential buildings.
  • thermal energy at shallow depth typically from a few meters to ten meters below the surface of the ground, is low, so that this mode of production is generally assisted by additional devices operating with electrical energy, gas or other, such as devices called "heat pumps”.
  • the present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks by proposing a heat energy storage device for a heat transfer fluid adapted to provide thermal energy to a residential building in an autonomous manner, without additional energy production device. thermal, and permanently.
  • the object of the present invention is to provide a device for storing energy capable of storing thermal energy at any time, so that it can be used at any time according to the needs of a user.
  • this storage device can be adapted to provide optimum performance depending on the environmental conditions, particularly climatic and geological, of the zone in which it is implanted, and according to the needs of a user.
  • the present invention relates to a thermal energy storage device comprising:
  • thermo energy charging circuit that travels in a thermal energy charging zone, comprising:
  • At least one charging duct in which circulates a fluid intended to be charged with thermal energy by a thermal energy supply source and intended to transport this thermal energy
  • thermal energy load-shedding conduit in communication relation with the charging conduit via connection means, and in which a fluid is circulated to transport this thermal energy and to be discharged from this thermal energy.
  • the storage device comprises:
  • thermal energy storage zone in which at least one load-shedding duct runs, the storage zone being formed in a mass configured to store all or part of the thermal energy transported by the fluid flowing in the load-shedding duct,
  • thermal energy transfer circuit comprising at least a first portion in which a fluid intended to be charged with energy in the storage zone circulates and a second portion in which a fluid circulates for transferring this energy to a consumption circuit; 'thermal energy.
  • the thermal energy storage device is adapted to store thermal energy and to restore it according to the needs of a user, generating little loss of thermal energy.
  • the thermal energy storage device is configured to store a quantity of thermal energy such that said device does not require additional thermal energy production device to meet the needs of a user, these needs may be variable.
  • the thermal energy storage device is adapted to restore thermal energy, according to the needs of a user, to permanently, even if the thermal energy loading of the fluid flowing in the charging circuit is intermittent.
  • the thermal energy production is intended for systems for heating water for sanitary purposes or in heating systems for residential buildings, but it can be intended for defrosting soils, the production of steam for applications within the reach of those skilled in the art, or any other appropriate use.
  • the source of thermal energy supply may be solar radiation or come from a thermal energy recycling system generated by any industry implemented in a manner known to those skilled in the art.
  • the mass in which the storage zone is formed can be a solid mass, a liquid mass or a solid mass added with liquid.
  • the invention also fulfills the following characteristics, implemented separately or in each of their technically operating combinations.
  • the storage zone comprises a plurality of regions that can be thermally insulated from each other and in each of which at least one load-shedding duct and a first portion of the transfer circuit respectively run, the connection means comprising means for upstream and downstream diversion of the loading circuit, by which the loading duct is in communication relation with the load shedding ducts, said upstream and downstream bypass means being controlled by a control and control member so as to direct the circulation of the load.
  • fluid in a load shedding duct traveling in a predetermined region as a function of the amount of heat energy that the fluid carries and as a function of the volume quantity of thermal energy that includes the region.
  • volume quantity of thermal energy means a quantity representative of the average temperature of the volume of a region.
  • the regions are adapted to store respective amounts of heat energy different from each other.
  • Each region therefore retains a relatively constant volume of heat energy, and therefore does not suffer, or little loss of thermal energy.
  • loss of thermal energy is meant the decrease in the amount of thermal energy.
  • the value of the thermal energy transported by the fluid flowing in the loading and unloading ducts corresponds to a temperature in the range of about one to one hundred degrees Celsius.
  • the first portions of the transfer circuit are in communication relation with a second portion of the transfer circuit via upstream and downstream transfer means of the transfer circuit, said upstream diversion means. and downstream being controlled by a control and control member configured so as to make it possible firstly to communicate the second portion of the transfer circuit with the first portion of the transfer circuit traversing the region storing the lowest amount of thermal energy, but sufficient to satisfy the need of a user.
  • thermo energy of the fluid flowing in the transfer duct passing through the region storing the lowest amount of thermal energy for the purpose of preheating or cooling buildings, for example, or defrosting of buildings. while retaining the thermal energy of the fluid circulating in the transfer circuit traversing the region storing the largest amount of energy for heating purposes of buildings.
  • control and control member is configured to control the upstream and downstream drift means of the charging circuit so that each region is charged with a quantity of thermal energy within a predefined range of its own, and so as to charge in thermal energy a first region, adapted to retain the largest amount of thermal energy, with priority over other regions.
  • the upstream and downstream diversion means of the charging circuit are controlled so that the fluid circulates in the load shedding duct running through another region retaining a quantity of thermal energy in a range immediately below the amount of thermal energy transported by the fluid.
  • the regions of the storage area may be configured to have different thermal resistance from each other, i.e., different thermal conductivity. Additionally or alternatively, the regions are configured to have different isolation power.
  • the regions may respectively be made of a material whose thermal resistance capacity is different for each of them or be arranged so as to have a thermal resistance different from each other.
  • the regions of the storage area are arranged such that a first region is juxtaposed with at least a second region.
  • the first region is a central region and the one or more other regions are peripheral regions extending around the central region, and wherein the fluid is directed by upstream diversion means of the a charging circuit so as to flow in a load shedding duct running in the central region when it carries a quantity of thermal energy greater than a predetermined value and / or a quantity greater than the thermal energy initially retained by said central region and is directed by upstream derivation means so as to flow in a load shedding duct running in the peripheral region or regions when it carries a quantity of energy lower than a predetermined value.
  • the second portion of the transfer circuit travels in a transfer zone in relation to the consumption circuit, said transfer zone comprising a thermal energy exchanger adapted to transfer part of the thermal energy carried by the fluid flowing in the second portion of the transfer circuit to the fluid flowing in the consumption circuit.
  • the fluid flowing in the transfer circuit is therefore able to transmit a portion of the thermal energy that it carries to the fluid flowing in the consumption duct, so that the latter carries a predetermined amount of thermal energy.
  • This quantity of energy is predefined according to the thermal energy requirements of a user, that is to say the amount of thermal energy whose fluid must be discharged during its circulation through the consumption zone.
  • the load shedding ducts form a load shedding circuit, a portion of which runs in a transfer zone in relation to a portion of the charging circuit, said transfer zone comprising a heat energy exchanger adapted to transfer a part of the load circuit. thermal energy transported by the fluid flowing in the portion of the charging circuit to the fluid flowing in the load shedding circuit.
  • the charging circuit includes deflection conduits directly in communication relation with the transfer conduit without routing through the storage area, so that the fluid is able to walk directly into the transfer area, following its circulation in the loading area.
  • the loading duct is capable of transmitting thermal energy to the consumption duct when none of the regions of the storage area is able to store the quantity of thermal energy potentially transmitted by the circulating fluid. in the charging duct, and to the extent that this amount of thermal energy is greater than or equal to the need of a user.
  • the storage area is formed in a terrestrial subsoil having grooves and / or boreholes in which the transfer ducts and / or the load shedding ducts extend. .
  • the storage device may have relatively large dimensions. For example, drilling may extend up to about one hundred meters deep and the grooves may extend in length to several hundred meters and in depth to about ten meters. Thus, the storage volume can reach several hundreds of thousands or even millions of cubic meters.
  • the load shedding ducts and / or the transfer ducts are embedded in a mass and respectively form a loop in vertical drillings made in the storage area.
  • These pipes can be embedded in aggregates, concrete or mortar.
  • the storage area comprises a thermal insulating enclosure on at least a portion of its periphery.
  • the storage area has an enclosure comprising a network of conduits in which circulates a heat transfer fluid adapted to be charged with thermal energy by the adjacent region or regions.
  • the volume of the storage area is formed in an excavation of a terrestrial subsoil.
  • the temperature of the environment outside the storage area is substantially constant over time so that the storage area is not or little sensitive to weather conditions.
  • the storage area is buried in a raw earth subsoil, that is to say having not undergone transformation or manipulation.
  • the load shedding ducts and / or the transfer ducts are arranged so that they enter and exit on the same side of a region through which they pass.
  • Each duct may comprise thermal insulation means extending over at least a portion of its length.
  • the thermal insulation means may be a thermal insulating sheath disposed around the ducts, such that the fluid flows from the portion of the uninsulated duct to the insulated portion.
  • the shedding ducts and / or the transfer ducts are arranged so that they enter and exit respectively on two opposite sides of a region through which they pass.
  • the load shedding ducts and the transfer ducts may be alternately constituted by the same ducts.
  • the fluid flowing in a transfer duct running through a region may flow in a direction opposite to the direction of circulation of the fluid flowing in the load shedding ducts traveling in the same region.
  • at least one region comprises a distal end in which only transfer conduits travel. No load shedding duct runs in this end to the extent that it is intended to store at least a portion of the losses of thermal energy stored by said region.
  • distal end is meant an end closest to the periphery of the storage area.
  • This characteristic can be an alternative to the provision of a thermal insulating enclosure on at least a portion of the periphery of the storage area.
  • the storage area comprises a single region in which at least one load shedding path runs between an entry point and an exit point of said region, sufficiently distant one of the other so that the distal end of this region, comprising said exit point, is charged only with a thermal quantity lower than that carried by the fluid flowing in the shedding duct or ducts, and substantially equal to the amount of thermal energy representative of the temperature of the earth's subsoil.
  • the region is able to store a portion of the thermal energy that the fluid circulating in the load shedding ducts, regardless of the amount of this thermal energy between thirteen and one hundred degrees Celsius.
  • FIG. 1 a schematic representation of a thermal energy storage device according to the invention
  • FIG. 2 is a diagrammatic view from above of a thermal energy storage zone according to a first embodiment of the thermal energy storage device according to FIG. 1;
  • FIG. 3 a cross-sectional view along an axis AA of the storage area according to FIG. 2;
  • FIG. 4 is a diagrammatic plan view from above of a thermal energy storage zone according to an exemplary embodiment
  • FIG. 5 is a cross-sectional view along an axis B-B of the storage zone according to FIG. 4;
  • FIG. 6 a schematic representation of an example of arrangement of conduits in a groove of a thermal energy storage zone according to one of the preceding figures
  • FIG. 7 is a schematic plan view from above of a thermal energy storage zone according to another exemplary embodiment
  • FIG. 8 is a diagrammatic plan view from above of a thermal energy storage zone according to another exemplary embodiment
  • FIG. 9 is a cross-sectional view along an axis C-C of the storage area according to FIG. 8;
  • FIG. 10 is a diagrammatic representation of an exemplary arrangement of conduits in a borehole of a thermal energy storage zone according to FIGS. 8 and 9,
  • Figure 1 1 a cross-sectional view along a D-D axis of the bore according to Figure 10,
  • FIG. 12 is a schematic plan view from above of a thermal energy storage zone according to another exemplary embodiment
  • FIG. 13 an axial sectional view along an E-E axis of the storage area according to FIG. 12
  • FIG. 14 is a schematic view from above of a thermal energy storage zone according to another embodiment of the thermal energy storage device according to FIG.
  • the present invention aims at providing a thermal energy storage device 10 as schematically represented in FIG. 1, in a nonlimiting exemplary embodiment.
  • the thermal energy storage device 10 comprises a first circuit called “charging circuit” 1 1, comprising one or more charging ducts 12 in each of which circulates a fluid, preferably of the heat transfer type, that is to say adapted to transport a given amount of thermal energy.
  • a portion 1 10 of the charging circuit 1 1 travels in the charging zone 30.
  • This portion 1 10 comprises one or more charging ducts 12
  • the portion 1 10 comprises a single charging conduit 12.
  • the fluid flowing in this portion 1 10 is intended to be charged with thermal energy by a thermal energy supply source, and to transport the thermal energy which it has been charged .
  • the charging zone 30 comprises solar thermal panels known per se, the source of thermal energy supply being solar radiation.
  • the charging of the fluid with thermal energy is then produced by radiation from the solar radiation, on the loading duct 12.
  • the charging circuit 1 1 comprises at least one shedding duct 12 'in communication relation with at least one charging duct 12, by means of connecting means, and a portion 11 1 of which runs in a storage area 40 of thermal energy.
  • the fluid flowing in this portion 1 1 1 of the load shedding duct 12 ' is intended to charge the storage area 40 with thermal energy.
  • the thermal energy storage device 10 further comprises a second so-called “transfer circuit” circuit 21 comprising transfer ducts 22 in which a fluid circulates, preferably of the heat transfer type.
  • the transfer circuit 21 forms a closed circuit successively connecting a heat energy transfer zone 50 and the storage zone 40. As shown diagrammatically in broken lines in FIG. 1, the transfer circuit 21 comprises a first portion 21 1 traveling in the storage area 40 and a second portion 212 traveling in the transfer area 50. The transfer circuit 21 may comprise several first portions 21 1, as shown schematically in Figure 1, and a single second portion 212.
  • the fluid flowing in one of the transfer ducts 22 is intended, when it flows through the first portion 21 1, to store thermal energy from the storage area 40, and when it flows through the second portion 212, discharging the stored thermal energy into the transfer zone 50.
  • the storage device 10 of thermal energy also comprises a third circuit called “consumption circuit” 31 comprising consumption ducts 32 in which circulates a fluid, preferably of the heat transfer type.
  • the heat transfer fluids circulating respectively in the charging ducts 12, in the transfer ducts 22 and in the consumption ducts 32 may be made by different fluids.
  • the consumption circuit 31 forms a closed circuit successively connecting the transfer zone 50 and a consumption zone 60 of thermal energy.
  • a first portion 310 of the consumption circuit 31 travels in the consumption zone 60.
  • This first portion 310 comprises one or more consumption ducts 32.
  • the first portion 310 comprises a single duct
  • the fluid flowing in this consumption duct 32 is intended to be discharged from at least a portion of the thermal energy that it carries.
  • the consumption circuit 31 also comprises a second portion 312, traveling in the transfer zone 50 intended to charge thermal energy by transferring a certain quantity of thermal energy from the second portion 212 of the transfer circuit 21.
  • the consumption zone 60 comprises a residential building heating system known to the man of the occupation, and / or a water heating system for sanitary use in a residential building, also known to those skilled in the art.
  • the fluids flowing respectively in the charging ducts 12 and load shedding 12 ', in the transfer ducts 22, and in the consumption ducts 32 are preferably made from the same material.
  • the storage area 40 is organized in several regions 41 in each of which at least one load shedding duct 12 'and at least one transfer duct 22 pass.
  • a single load shedding duct 12 'and a single transfer duct 22 run in each region 41 of the storage area 40.
  • the storage zone 40 is preferably buried in a terrestrial subsoil so that the temperature of the medium outside the storage zone 40 is constant in time.
  • environment outside the storage area is meant the surrounding subsoil outside storage area 40.
  • the shedding conduits 12 'and the transfer ducts 22 traveling in each region 41 are embedded in the material constituting the region 41.
  • the materials constituting the regions 41 of the storage zone 40 are chosen so that said regions 41 are able to store thermal energy. More specifically, these materials have a low thermal resistance, ie a relatively high coefficient of thermal conductivity, so that the thermal permeability of the storage area 40 is relatively large.
  • high thermal permeability is meant the ability of a material to allow a change in temperature so as to allow optimal heat exchange. This arrangement makes it possible to minimize the density of the network of ducts 12, 12 ', 22 and 32.
  • the regions 41 may consist of materials constituting the earth's subsoil, aggregates, such as sand, concrete, or concrete. another granular material, and may have a coefficient of thermal conduction different from each other.
  • the storage zone is made of a solid mass.
  • the respective load shedding conduits 12 'and transfer pipes 22 are preferably arranged at a distance from each other over their entire length, in order to limit the heat exchange between the circulating fluids. respectively in these ducts and homogenize the thermal energy loading of the storage area 40.
  • Each of the regions 41 may be adapted to be traversed by a load shedding duct 12 'in which circulates a fluid carrying a predetermined amount of thermal energy. More specifically, the fluid flowing in the second portion 1 1 1 of the charging circuit 1 1 may be intended to flow in a load shedding conduit 12 'running in a predetermined region 41 according to the amount of thermal energy it carries.
  • the regions 41 crossed by conduits in which circulates a fluid carrying a high amount of thermal energy are configured such that they are more suitable for storing this energy faster than the other regions 41; which are traversed by conduits in which circulates a fluid carrying a smaller amount of thermal energy and which are adapted to store more slowly this smaller amount of thermal energy.
  • the shedding ducts 12 'and the transfer ducts 22 passing through the regions 41 are, for example, arranged in a particular manner, or these regions 41 are made of particular materials, chosen so that the storage area 40 have a significant thermal inertia.
  • connection means comprise fluid bypass means arranged between the loading duct 12 and the duct 12.
  • the loading duct 12 is in communication relation with the shedding ducts 12 'through the upstream bypass means 13.
  • These fluid derivation means, called “first upstream diversion means" 13 advantageously comprise means for measuring the quantity of thermal energy transported by the fluid between the loading ducts 12 and the load shedding ducts 12 'and connected to a fluid control and control member comprising microprocessor type calculation means not shown in the figures.
  • the means for measuring the quantity of thermal energy transported by the fluid comprise, for example, means for measuring the temperature of the fluid.
  • the temperature of the fluid flowing in the charging circuit and in the load-shedding duct is approximately one degree Celsius to one hundred degrees Celsius.
  • the control and control unit is also connected to means for measuring the volume quantity of thermal energy of each of the regions 41.
  • means for measuring the volume quantity of thermal energy comprise, for example, means for measuring the temperature of the regions.
  • the control and control member is configured to control the first upstream bypass means 13 so as to direct the circulation of the fluid in a predetermined shedding duct 12 'as a function of the comparison of the temperature of the fluid between the loading ducts. 12 and load shedding 12 ', at a predetermined time t, and the temperature of the regions at this instant t.
  • control and control member is adapted to drive the first upstream derivation means 13 so that the fluid flows through a predetermined region 41 depending on the amount of thermal energy that it carries after its passage to through the loading area 30.
  • the control and control unit is programmed, on the one hand, so that the storage area 40 stores thermal energy transported by the fluid, especially from the thermal energy supply source, and on the other hand, so that each region 41 maintains a volume amount of thermal energy within a predefined range of their own.
  • the first upstream branching means 13 are operatively coupled with fluid bypass means, referred to as "first downstream diversion means" 14, arranged, for example, between the load shedding conduits 12 'and the loading duct 12, as shown in FIG. illustrates, in an exemplary embodiment, Figure 1. This so that the load shedding duct 12 'in which the fluid is directed by the first upstream bypass means 13, is in communication relation with the charging duct 12 so that the charging circuit 1 1 forms a closed circuit.
  • the fluid flowing in the transfer circuit 21 is intended to circulate in a transfer duct 22 traveling in a predetermined region 41 according to the amount of thermal energy that it transports after transferring a portion to the fluid circulating in a the consumer circuit 31 to meet the needs of a user.
  • connection means comprise fluid bypass means, called “second upstream diversion means" 23, arranged between the first portions 21 1 and the second portion 212 of the transfer circuit 21.
  • second upstream diversion means 23 are connected to the control and control element and comprise means for measuring the quantity of thermal energy transported by the fluid between the first portions 21 1 and the second portion 212 of the transfer circuit.
  • the means for measuring the quantity of thermal energy transported by the fluid comprise, for example, means for measuring the temperature of the fluid.
  • the control and control member is configured so as to drive the second upstream diversion means 23 to direct the fluid flowing in the transfer circuit 21, in a first predetermined portion 21 1 of the transfer circuit 21, so that it circulates through a predetermined region 41 as a function of the amount of heat energy that it transports after passing through the transfer zone 50.
  • the transfer duct 22 forming the first portion 21 1 of the transfer circuit 21 is in communication relation with the transfer duct 22 forming the second portion 212 of the transfer circuit 21 through the second upstream branching means 23.
  • the second upstream branching means 23 are coupled in operation with fluid bypass means, called “second downstream branching means" 24, arranged between the second portion 212 and the first portions 21 1 of the transfer circuit 21, as illustrated, in an exemplary embodiment, in FIG. This so that the transfer conduit
  • control and control element is configured so as to drive the second upstream and downstream bypass means 24 so as to circulate the fluid through the transfer conduit 22 traversing the region 41 storing the volume amount of thermal energy the lowest, but sufficient to meet the need of a user.
  • the first and second upstream diversion means are identical to each other.
  • first and second downstream bypass means 14 and 24 are directional valves of the electrovalve type known to those skilled in the art.
  • the fluid circulating in one of the load-shedding conduits 12 ' progressively loses a portion of the thermal energy that it transports to the benefit of the region 41 in which it travels, as and when it evolves in said region 41.
  • Each region 41 stores heat energy, until it has a volume amount of maximum thermal energy.
  • This volume quantity of maximum thermal energy is equal to the maximum amount of thermal energy that the fluid is able to transfer through the load shedding duct 12 'in which it circulates. This is called thermal equilibrium between the load shedding duct 12 'and the region 41 through which it passes.
  • the control and control member is configured to control the first upstream and downstream derivation means 14, when there is equilibrium in a given region 41, so as to direct the fluid in another shedding conduit 12 ', so that it passes through another predetermined region 41.
  • this predetermined region 41 is adjacent to said region 41 given.
  • control and control member is configured so as to drive the first upstream and downstream derivation means 13 and 14 so as to charge in thermal energy a first region 41, adapted to store the greatest volume quantity of thermal energy, as a priority over other regions 41.
  • this first region 41 stores up to a volume amount of thermal energy representative of a maximum temperature of about eighty degrees Celsius.
  • the fluid is directed to circulate in the shedding conduits 12 'traveling in the second region 41 until the second region 41 comprises a volume amount of thermal energy representative of a temperature of about ten to twenty degrees Celsius less than the temperature of the first region 41, for example about sixty degrees Celsius.
  • the first upstream and downstream derivation means 13 and 14 are controlled so that the fluid circulates in the shedding ducts 12 'running in a third region 41.
  • This principle of operation is similar for a number n of region 41, until the point at which the thermal equilibrium point is reached between the charging circuit 11 and the fourth region 41 or when the source thermal energy supply can provide only a quantity of thermal energy less than or equal to that accumulated in this n ' e region 41.
  • the first upstream and downstream derivation means 13 and 14 are then controlled so that the circulation of the fluid is interrupted in the unloading ducts 12 'of the charging circuit 1 January.
  • the control and control member is also configured so as to interrupt the flow of fluid in the load shedding conduits 12 'of the second portion of the charging circuit 1 1 when the amounts of energy contained respectively by the fluid and by the regions 41 of the storage area 40 are such that the circulation of said fluid in said ducts would cause a thermal energy leakage of the storage area 40.
  • This case occurs when the volume of energy stored by a region 41 of the storage area 40 is greater than the amount of energy transported by the fluid flowing in the load shedding duct 12 'which passes through it and that no region is able to store it.
  • the charging circuit 11 comprises a deflection circuit comprising, for example, two deflection conduits 12 "directly in communication relation with the transfer duct 22 without passing through the storage area 40.
  • the deflection ducts 12 "are respectively in communication relation, on the one hand, with the loading duct 12, by means of the first upstream and downstream diversion means 13 and 14, and on the other hand, with the transfer duct 22 through the second upstream and downstream diversion means 23 and 24.
  • These deflection conduits 12 "allow the circulation of the fluid charged with thermal energy, following its path in the loading zone 30, in the transfer zone 50, without passing through the storage zone 40, so that the fluid circulating in the loading duct 12 is able to transmit thermal energy to the consumption duct 32.
  • This arrangement is advantageous, for example, when none of the regions 41 of the storage area 40 is able to store the quantity volume of thermal energy potentially transmitted by the circulating fluid in the shedding duct 12 ', and to the extent that this amount of heat energy is greater than or equal to the need of a user.
  • a region 41 may be subject to a loss of thermal energy when, for example, it has a volume amount of heat energy greater than that of an adjoining region 41. Indeed, the heat energy of the region 41 in which it is in greater amount tends to migrate to the region 41 in which it is in lower quantity.
  • a thermal insulating layer may advantageously be interposed between each region 41.
  • the transfer zone 50 comprises at least one heat energy exchanger system, for example of the type known to those skilled in the art.
  • the heat exchanger is configured to be able to modify the amount of thermal energy transported by the fluid flowing in the consumption duct 32 as a function of the amount of thermal energy contained by the fluid flowing in the transfer duct 22 and as a function of a need expressed by a user.
  • the fluid flowing in the charging duct 12 is thus able to transmit a portion of the thermal energy that it carries to the fluid flowing in the consumption duct 32, so that the latter carries a quantity of water. predefined thermal energy, according to the needs of a user.
  • the load shedding ducts are connected to a single load shedding duct via the first upstream and downstream bypass means 13 and 14, so as to form a closed shedding circuit.
  • the charging circuit also forms a closed circuit and is in heat energy exchange relationship with the load shedding circuit via a heat exchanger.
  • the regulation of the thermal quantity transported by the fluid can also be achieved by adjusting the flow velocity of the fluid in the loading ducts 12, shedding 12 ' , transfer 22, and in the consumption duct 32, and / or by circulating the fluid in the consumption duct 32 discontinuously, by pulse.
  • Figures 2 and 3 respectively represent a first embodiment of the invention, wherein the storage area 40 is in the form of a rectangular parallelepiped, and includes regions 41 arranged concentrically to each other.
  • the storage area 40 comprises a central region 410 around which at least a first peripheral region 41 1 extends.
  • Each side of the storage area 40 may have dimensions of about ten to one hundred meters.
  • the central region 410 may have a volume of approximately one-tenth of the volume of the first peripheral region 41 1.
  • a second peripheral region 412 can extend around the first peripheral region 41 1.
  • the fluid flowing in the load-shedding duct 12 'passing through the central region 410 is designed to transport a quantity of thermal energy greater than the quantity of thermal energy transported by the fluid circulating in the unloading duct 12' passing through the first peripheral region 41 1.
  • the fluid flowing in the load-shedding duct 12 'passing through the first peripheral region 41 1 is intended to transport a quantity of thermal energy greater than the quantity of thermal energy transported by the fluid circulating in the load shedding duct. 12 'crossing the second peripheral region 412.
  • the storage area 40 may comprise a region 41 called "extra-peripheral region", juxtaposed with the other regions 41 and in which runs shedding ducts 12 'and transfer 21.
  • the first upstream and downstream derivation means 13 and 14 are controlled so that when a thermal equilibrium point is reached between the load-shedding ducts 1 1 and all the regions 41, or when the thermal energy supply source can only supply a quantity of thermal energy that is less than or equal to that accumulated in the regions 41, the fluid is put into circulation in the region 41 extra-peripheral.
  • the extra-peripheral region 41 is adapted to store small quantities of thermal energy.
  • the storage zone 40 may have a shape of revolution, for example a cylindrical shape or may have a hexagonal prism shape, developing along a substantially vertical longitudinal axis.
  • the storage zone comprises several concentric regions 41, including a central region 41 around which at least one peripheral region 41 develops.
  • the peripheral region or regions preferably have a lower thermal conduction coefficient than the central region 41. This feature allows an adaptation of the storage area 40 to the various concentrations of thermal energy and a substantial saving of materials constituting a thermal insulating enclosure 420 described below, which can be completely or partially enveloped the storage area 40.
  • the regions 41 of the storage area 40 are divided into a number of subregions 51 (forming a square mesh partially represented by the discontinuous lines in Figure 4).
  • the subregions 51 have a square or rectangular shape, and are, for example, identical dimensions with respect to each other.
  • each region 41 comprises a median subregion 51 forming the junction between two lateral subregions 51 respectively contiguous to two contiguous sides of the median subregion 51.
  • the two sub- Lateral regions 51 may be adjacent to other lateral subregions 51.
  • the region 41 having the smallest dimensions is composed only of a subregion 51, and therefore has a rectangular or square shape, and is nested in a region 41 comprising a subregion 51.
  • the larger regions 41 are for example adapted to be traversed by conduits in which circulates a fluid carrying a high amount of thermal energy.
  • the fluid, in the shedding conduits 12 ', is circulated to circulate from the region 41 whose dimensions are the largest, to the one with the smallest dimensions and the median subregion 51, to the subregions 51 lateral.
  • the storage zone 40 is in the form of a rectangular parallelepiped and comprises a first region 41 adapted to store large quantities of thermal energy, extending along one of the side of the parallelepiped. Along the side opposite to the above-mentioned side extends a second region 41 adapted to store small amounts of thermal energy. Between these two regions 41 extends a third region 41 adapted to store a volume amount of heat energy greater than the volume of heat energy stored by the second region 41 and adapted to store a volume amount of thermal energy less than the volume quantity of thermal energy stored by the first region 41.
  • the transfer zone 50 is preferably adjacent to the second region 41. These characteristics have the effect of optimizing the storage of thermal energy.
  • each region 41 the load-shedding duct 12 'and the transfer duct 22 may be arranged in rectilinear grooves 43, as represented by FIGS. 2 to 3 in the first embodiment of the invention.
  • These grooves 43 are made by cutting tools, by for example, sawing, grooving or slicing the ground.
  • each region 41 comprises a plurality of grooves 43 extending between two ends, on either side of said regions.
  • the grooves 43 are deeper than wide. They present, as a non-limiting example, a depth of a few meters, for example one to ten meters, and a width of about five to fifty centimeters and a length of about five to one hundred meters.
  • the shedding duct 12 'and the transfer duct 22 may be embedded in a thermal conductive material in order to increase the heat exchange within the storage area 40.
  • a thermal conductive material may be an aggregate , such as wet sand or mortar.
  • the grooves 43 respectively comprising load shedding conduits 12 'and transfer ducts 22 are arranged alternately, so that a groove 43 comprising a load shedding duct 12' is adjacent to a groove 43 comprising a transfer conduit 22, and vice versa.
  • the distribution of thermal energy is homogeneous within each region 41.
  • a load shedding duct 12 'and a transfer duct 22 may extend into the depth of the same groove 43, the shedding ducts 12' and transfer ducts 22 then being adjacent to each other. to one another over their entire length. This arrangement also allows a homogeneous distribution of thermal energy within each region 41.
  • the same groove 43 may comprise a shedding duct 12 'or a transfer duct 22 extending in a serpentine manner to the bottom of the groove 43, in a substantially vertical plane, as illustrated in cross sectional view.
  • Figure 3 may comprise a shedding duct 12 'or a transfer duct 22 extending in a serpentine manner to the bottom of the groove 43, in a substantially vertical plane, as illustrated in cross sectional view.
  • the same groove 43 may comprise load-shedding conduits 12 'or transfer ducts 22 respectively connected in parallel to the same load-shedding duct 12' or to the same transfer duct 22.
  • the ducts Load shedding 12 'or transfer 22 connected in parallel are superimposed on each other in the same groove 43, for example, at a constant distance from each other.
  • a region 41 may comprise shedding conduits 12 'respectively arranged in grooves 43 so as to extend in a serpentine fashion along the length of the groove 43, in a plane substantially vertical.
  • each groove 43 a portion of a transfer conduit 22 is arranged in the thermal energy diffusion zone arranged by each load shedding conduit 12 '.
  • the fluid flowing in the transfer ducts 22 may be charged with at least a portion of the thermal energy discharged by the fluid flowing in the load shedding duct, into the diffusion zone.
  • the shedding ducts 12 'and the transfer ducts 22 may be arranged differently in each of the regions 41 of the storage area 40.
  • the arrangement of the conduits may be denser in regions in which the fluids carry a high amount of thermal energy, to promote the rate of thermal energy transfer.
  • the pitch between two grooves 43 is narrower in the central region 410 than in the first and second peripheral regions 41 1.
  • the shedding conduits 12 'and transfer pipes 22, in the storage area 40 may be respectively disposed in grooves 43 perpendicular to each other, so that the arrangement of said ducts forms a square mesh.
  • the shedding ducts 12 ' are juxtaposed parallel to each other, in the same way as the transfer ducts 22, and the shedding ducts 12' are interwoven with the transfer ducts 22.
  • each groove 43 may comprise several shedding conduits 12 ', or several transfer ducts 22, superimposed to each other and respectively connected, in parallel, to the same load-shedding duct 12 ', or to the same transfer duct 22, at each of the ends of said grooves 43.
  • the mesh is also made on the depth of the zone storage 40.
  • each transfer conduit 22 extends over a distance large enough to be loaded with thermal energy optimally. It should be noted that due to the arrangement of the load shedding conduits 12 ', the regions 41 extend, for example, longitudinally.
  • a transfer duct 22 may be disposed in each groove 43 comprising shedding ducts 12 'so as to store a portion of the thermal energy dissipated by said shedding ducts 12'. when loading regions 41 into thermal energy.
  • said transfer duct 22 is arranged so as to pass through several regions 41 so that the fluid flowing in this transfer duct 22 can pre-charge in thermal energy one of the regions 41 adjacent to the region 41 in charge.
  • the transfer duct 22 is disposed under the shedding ducts 12 'of each of the grooves 43, that is to say at a greater depth than the shedding ducts 12'.
  • the grooves 43 extend diametrically, that is to say - say, so as to form rays whose longitudinal axis passes through the center of the storage area 40.
  • the regions 41 are in the form of chevrons, as shown in FIG. 4, the grooves 43 extend on either side of each region 41, from the median subregion 51, towards each of the subregions 51. lateral, and are deeper than wide.
  • transfer zones 50 of the storage device 10 in the form of a triangular prism can be regularly arranged around the storage area 40, for example, so that the storage 40 and the transfer zones 50 form a set of cubic form.
  • the storage zone 40 may advantageously comprise a thermal insulating enclosure 420 extending over at least a portion of its periphery, in order to reduce the thermal energy exchanges between the storage area 40 and the environment outside said storage zone 40.
  • the reduction of these heat energy exchanges makes it possible to limit the losses of thermal energy of the storage zone 40.
  • the thermal insulating enclosure is, for example, formed by a layer of thermal insulating material disposed in a groove 43.
  • the thickness of the layer of thermal insulating material is determined as a function in particular of the thermal conduction coefficient of said thermal insulating material and of the volume quantity of maximum thermal energy that the storage area 40 is intended to store.
  • the regions 41 of the storage zone 40 may also respectively comprise a thermal insulating enclosure 420 on at least a portion of their periphery to limit thermal exchanges between regions 41.
  • the thermal insulating enclosure does not extend under the storage area 40, that is to say, under the load shedding ducts. 12 'and the transfer ducts 22 arranged at the greatest depth.
  • thermal insulating enclosure under all or part of the storage area 40, by producing a lateral cavity, formed by excavation, partially or completely surrounding said storage area 40.
  • This peripheral cavity allows the installation of a specific tool for the establishment of the thermal insulating enclosure under the storage area 40.
  • the method of installation of this layer of material insulating thermal is not described in the present text to the extent that it is within the abilities of those skilled in the art and is not the subject of the present invention.
  • the storage area 40 may comprise two thermally insulating walls perpendicular to each other, arranged to be intersecting at the center of the central region and dividing the storage area 40 into four substantially identical portions.
  • a thermal insulating layer is arranged between each subregion 51.
  • Said thermal insulating layer is formed of a thermally insulating material disposed in a groove 43, for example of a width of five centimeters, made between each subregion 51.
  • the storage zone 40 may comprise deep boreholes 44 in the ground, for example of cylindrical shape, comprising at least one duct forming a loop formed by two rectilinear sections interconnected by a curvilinear section.
  • Each duct may comprise thermal insulation means extending over at least a portion of one of its rectilinear sections.
  • thermal insulation means may comprise a sheath made of a material having a high thermal insulation power, such as polyurethane.
  • Each duct is embedded in a granular material, such as wet sand or mortar.
  • This duct is connected to the first and second upstream diversion means 13, 23 and downstream 14, 24 so as to be able, alternatively, to form a load shedding duct 12 'and a transfer duct 22.
  • the fluid can then flow in two different directions within the same duct, depending on whether said duct successively forms a load-shedding duct 12 'or a transfer duct 22.
  • the change in direction of circulation of the fluid in each duct advantageously makes it possible to optimize the efficiency of the storage device 10.
  • the boreholes 44 may respectively comprise at least one shedding duct 12 'and at least one transfer duct 22 arranged alternately, so that in each region 41 a drilling 44 comprising a load shedding conduit 12 'adjacent to a borehole 44 comprising a transfer conduit 22.
  • the drillings have a diameter of ten to fifty centimeters and have a length of several meters to several hundred meters.
  • the storage area 40 comprises first wells 44 comprising two ducts and second wells 44 'comprising four ducts.
  • An embodiment of drilling 44 comprising two ducts is shown in FIGS. 10 and 11.
  • These first and second boreholes 44, 44 ' are regularly distributed in the storage zone 40 and the first and second boreholes 44, 44' are organized in staggered relation to each other.
  • the boreholes 44 may be distributed along several parallel axes between them passing through several regions 41. Along each axis, said boreholes 44 are arranged such that the distance between each bore 44 is increasing, from one end to the other of each axis.
  • the region 41 in which is intended to circulate a fluid carrying a large amount of thermal energy comprises boreholes 44 separated from each other by a relatively small distance, for example, of the order of one to three meters.
  • the region 41 in which is intended to circulate a fluid carrying a small amount of thermal energy comprises boreholes 44 separated from each other by a greater distance, for example, of the order of three to nine meters. Drilling 44 distributed along an axis can be arranged substantially staggered with the boreholes 44 distributed along the adjacent axes
  • the conduits of the boreholes 44 arranged on the same axis are connected to each other, so that it is possible to exploit the thermal energy of the fluid flowing in the boreholes 44 arranged on the same axis.
  • axis independently of the boreholes 44 arranged on the other axes.
  • the boreholes 44 described in this embodiment of the invention are optimally integrated into a storage area 40 of the shape of a rectangular parallelepiped, for example, presenting a width of fifteen to thirty meters, a length of twenty to fifty meters.
  • the holes 44 may be distributed in a circular manner, in several concentric circles. Drilling 44 is, for example, distributed at a distance from each other, the value of which is proportional to the value of the radius of the circle on which they are arranged.
  • the region 41 in which is intended to circulate a fluid carrying a large amount of thermal energy comprises holes 44 separated from each other by a relatively small distance, for example, of the order of one to two meters.
  • the region 41 in which is intended to circulate a fluid carrying a small amount of thermal energy comprises boreholes 44 separated from each other by a greater distance, for example, of the order of three to six meters.
  • the boreholes 44 can be arranged substantially in a circular staggered relationship with each other. This arrangement, which aims at concentrating the thermal energy in the central zone, has the advantage of limiting the dissipation of said thermal energy towards the periphery of the storage zone 40.
  • the boreholes 44 arranged on the circle whose radius value is the smallest comprise shedding conduits 12 'and the holes 44 arranged on each of the other circles comprise, alternately from one circle to the other, transfer 22 and shedding conduits 12 '.
  • the circles whose radius value is the largest include transfer conduits 22.
  • each borehole 44 may be of a depth inversely proportional to the value of the circle radius on which it is arranged, so that the more a bore 44 is close to the center of the circles, the greater its depth is important. This translates the compensation of the importance of a volume whose footprint is reduced, by the extension of its depth. Moreover, this allows an optimal exchange of thermal energy with the material constituting the storage area 40.
  • the loops of the boreholes 44 a portion of which is thermally insulated, are found their application.
  • the boreholes 44 comprising transfer ducts 22 have a greater depth than the boreholes 44 including load shedding conduits 12 'to which they are adjacent; and that these deeper boreholes 44 can be made at a non-zero angle with respect to the vertical so as to adapt to a substantially conical geometrical shape, the top of the cone being below the base, characterizing the whole of the or each region.
  • the boreholes 44 described in this embodiment of the invention are optimally integrated in a storage zone 40 of substantially cylindrical or conical shape, for example, having a diameter of approximately fifteen to thirty meters, and drilling 44 deeper have a greater length of about one third of the length of the shallower boreholes 44.
  • the boreholes 44 arranged on the same circle are connected to each other, so that it is possible to exploit the thermal energy of the fluid flowing in the boreholes 44 arranged on the same circle independently of the boreholes 44 arranged on the other circles.
  • the boreholes 44 according to the embodiments described above can be individually connected to the first and second upstream branching means 13 and 23 and to the first and second downstream branching means 14 and 24.
  • the first upstream 13 and downstream diversion means 14 in order to select the boreholes 44 in which the thermal energy is intended to be stored, and to drive the second upstream and downstream branching means 23 in order to choose the boreholes 44 wherein the thermal energy will be recovered to meet a user's need.
  • the storage of thermal energy can be managed more finely thanks to these provisions, and thus adapt to better to the needs of a user and optimize the performance of the storage device 10.
  • the choice of making boreholes 44 and / or grooves 43 for the introduction of loading circuits 12 and transfer 22 is made according to the geological parameters of the soil in which the storage area 40 is intended to be disposed.
  • the drilling operation 44 is more suitable than the production of grooves 43 when the dimensions of the storage area 40 must respect critical constraints, for example that the storage area must be arranged in a reduced area, or when the material of the sub-soil in which the storage area is to be arranged can be difficult to cut by cutting tools.
  • the production of grooves 43 is more suitable than drilling 44 when the storage zone 40 has large dimensions on the ground and the material of the subsoil in which the storage area is to be arranged can be easily cut by cutting tools.
  • grooves 43 and / or boreholes 44 in the storage zone 40 is particularly suitable for transfer devices 10 intended to meet the thermal energy requirements of building complexes. individual housing, the storage area 40 being dimensioned accordingly.
  • Figure 14 shows a storage device 10 according to another embodiment, comprising a storage area 40 formed from a cavity made in a terrestrial subsoil, extending between the ground surface and a base.
  • the storage area may be buried by prior excavation of a predetermined volume of the subsoil.
  • the cavity is, for example, in the form of a cylindrical or parallelepipedic prism.
  • the cavity, forming the storage zone 40 comprises a thermal insulating enclosure 42 ', for example in the form of a layer of thermal insulating material, enveloping the whole of the storage area 40.
  • the storage zone 40 may comprise a watertight means, such as a waterproofing membrane, arranged around its entire periphery in order to reduce or eliminate heat energy losses, by retaining inside said periphery a possible volume of additional water, in the material constituting said zone, the water being adapted in case of leakage to transport thermal energy out of the zone.
  • the storage zone 40 comprises in several regions 41 preferentially organized in the form of layers superimposed on each other, each being, for example, made of a material having a different thermal resistance capacity.
  • each region 41 walk a load shedding duct 12 'and a transfer duct 22 respectively snaking in a substantially horizontal plane, so as to form meanders from one end to the other of each region 41.
  • the load-shedding duct 12 'and the transfer duct 22 may be superposed relative to each other, as shown in FIG. 14, or juxtaposed in the same horizontal plane.
  • the storage area 40 shown in FIG. 4 comprises a first region, called the "lower region” 41 ', contiguous to the entire base of the cavity and distant from the ground surface.
  • the lower region 41 ' is made of a material having a high thermal conductivity. Such a material may be concrete.
  • the lower region 41 ' has, for example, a thickness of 50 centimeters.
  • the intermediate region 410 ' is made of a material having a lower thermal conductivity than that constituting the lower region 41' '. Such a material may be an aggregate, such as sand.
  • the intermediate region 410 ' has, for example, a thickness of 50 centimeters.
  • the upper region is preferably adjacent to the surface of the ground, with the exception that it can advantageously receive a layer of insulating material whose thermal insulation performance is chosen according to the maximum amount of thermal energy. that the region is destined to store.
  • the upper region 412 ' is made of a material having a lower thermal conductivity than that constituting the lower region 41'. Such a material may be earth, for example clayey or siliceous, loaded with rock or not.
  • the upper region has, for example, a thickness of 100 centimeters.
  • the fluids passing through the lower region 41 'carry a greater amount of heat energy than the fluids passing through the other regions, insofar as the thermal conductive power of a region, constituted by a given material, increases with the depth at which it is located, relative to the ground surface. As a result, the deeper a region lies with respect to the ground surface, the more important the material constituting it has a significant coefficient of thermal conduction.
  • the respective ducts of the first and second portions of the charging circuit 1 1 are interconnected by the first upstream and downstream derivation means 13.
  • the respective ducts of the first and second portions of the transfer circuit 21 are interconnected by the second upstream and downstream branching means 23 and 24.
  • the fluid when its carries a relatively high amount of thermal energy, for example, when its temperature is greater than eighty degrees Celsius, it is directed by the first upstream bypass means 13 so as to flow to through the lower region 41 1 '.
  • the fluid reaches such a temperature, for example, in the summer season.
  • the fluid When the fluid carries a quantity of thermal energy within a predefined interval, for example, when its temperature is between forty and sixty degrees Celsius, it is directed by the first upstream bypass means 13 so as to flow through the intermediate region. 410.
  • the fluid reaches such a temperature, for example, between the summer season and the winter season.
  • the fluid When the fluid carries a relatively small amount of thermal energy, for example, when its temperature is below forty degrees Celsius, it is directed by the first upstream bypass means 13 so as to flow through the upper region 412 '.
  • the fluid reaches such a temperature, for example, in the winter season.
  • a thermal insulating layer may advantageously be interposed between each region 41.
  • This embodiment is, for example, suitable for supplying thermal energy to an individual dwelling building.
  • said storage area 40 may be partly or entirely above ground, that is to say, emerged from the ground surface, and covered with an envelope thermal insulation.
  • a region 41 is arranged at a greater depth than the other regions, for example at least one meter below the lower region 41 '.
  • This region 41 is intended to be traversed by conduits in which circulates a fluid carrying a small amount of thermal energy for use for a cooling use of a building in summer season.
  • the temperature of the fluid is, for example, about twelve to twenty degrees Celsius.
  • the storage device 10 may receive adjustments depending on the climatic conditions of the territory in which it is located.
  • the thermal insulating layers may have greater or lesser thicknesses depending on the desired insulating power.
  • the fluids are respectively circulated in the shedding ducts 12 ', in the transfer ducts 22 and in the consumption ducts 32 by a motor means, such as a hydraulic pump, controlled by the control member and ordered.
  • a motor means such as a hydraulic pump
  • the amount of heat energy that a fluid carries is related, in the description of the invention, in a nonlimiting manner, with the summer and winter seasons, but it can alternatively be characterized, for example, by different periods of time. 'a day.
  • the storage device 10 has been described considering that the fluids circulate through a single region 41 of the storage area 40 at a time. However, in other embodiments, several regions 41 may simultaneously be traversed by the fluids.
  • the flow direction of the fluids in the shedding ducts 12 ', transfer 22 and consumption 32 may be the opposite direction as described above.

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Abstract

Le dispositif de stockage (10) d'énergie thermique comprenant un circuit de chargement (11) qui chemine dans une zone de chargement (30), comprenant : - un conduit de chargement (12) dans lequel circule un fluide destiné à être chargé en énergie thermique par une source d'alimentation et destiné à transporter cette énergie thermique, et - un conduit de délestage (12') en relation de communication avec le conduit de chargement (12), et dans lequel circule un fluide destiné à transporter de l'énergie thermique et à être déchargé de cette énergie thermique, le dispositif de stockage (10) comprenant : une zone de stockage (40) dans laquelle cheminent au moins un conduit de délestage (12'), la zone de stockage (40) étant formée dans une masse configurée pour emmagasiner tout ou partie de l'énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le circuit de délestage (12'), b) un circuit de transfert (21) comprenant au moins une première portion (211) dans laquelle circule un fluide destiné à être chargé en énergie dans la zone de stockage (40) et une seconde portion (212) dans laquelle circule un fluide destiné à transférer cette énergie à un circuit de consommation (32).

Description

DISPOSITIF DE STOCKAGE D'ÉNERGIE THERMIQUE Domaine de l'invention
La présente invention s'inscrit dans le domaine de la gestion d'énergie thermique et concerne plus particulièrement un dispositif de stockage d'énergie thermique, par exemple pour satisfaire les besoins d'énergie thermique d'un bâtiment d'habitation.
État de l'art
Il est connu que l'énergie produite à partir de combustible fossile du type hydrocarbures (charbon, gaz, pétrole, etc..) présente des inconvénients majeurs, tant sur le plan environnemental que sur le plan de la santé humaine.
Afin de fournir une alternative à ce type de production d'énergie, divers modes de production d'énergie dits « renouvelables » ont été développés, notamment afin de fournir de l'énergie thermique.
L'énergie thermique est généralement utilisée dans les bâtiments d'habitation, par exemple, pour la mise en œuvre de systèmes de chauffage d'eau à usage sanitaire ou dans des systèmes de chauffage de bâtiments d'habitation.
Il est connu de produire de l'énergie thermique à partir de l'énergie dégagée par le rayonnement du soleil. Typiquement, ce mode de production est mis en œuvre par des panneaux solaires dits « thermiques » destinés à capter l'énergie thermique dégagée par le rayonnement du soleil. Ces panneaux sont constitués de conduits dans lesquels circule un fluide destiné à être chargé en énergie thermique lorsqu'il est soumis au rayonnement du soleil. Ce fluide est destiné à véhiculer ladite énergie thermique afin de la distribuer de manière appropriée dans un endroit donné dans un bâtiment d'habitation.
Ce type de panneau solaire étant dépendant du rayonnement solaire pour pouvoir capter l'énergie thermique, la production d'énergie thermique est nulle en l'absence de rayonnement solaire, par exemple, la nuit. De ce fait, la production d'énergie thermique est intermittente et n'est souvent pas suffisante pour couvrir l'ensemble des besoins d'un utilisateur. Il est donc généralement nécessaire de combiner la production d'énergie thermique à partir de panneaux solaires thermiques avec des dispositifs additionnels fonctionnant à l'énergie électrique, au gaz ou autre.
Il en résulte notamment un coût supplémentaire pour l'utilisateur.
On connaît également le mode de production d'énergie thermique appelé géothermie, selon lequel on exploite l'énergie dégagée, en profondeur, par le sous-sol terrestre. Ce mode de production consiste à capter l'énergie contenue dans la croûte terrestre, par le biais de conduits dans lesquels circule un fluide. Une portion de ces conduits est typiquement enterrée à quelques mètres ou quelques dizaines de mètres sous la surface du sol et une autre portion communique avec un système adapté de chauffage de bâtiment d'habitation. Ainsi, le fluide est chargé en énergie thermique au fur et à mesure de sa progression dans la portion enterrée des conduits, et est déchargé dans le système adapté de chauffage d'eau ou de bâtiment d'habitation.
La quantité d'énergie thermique à faible profondeur, typiquement de quelques mètres à une dizaine de mètres sous la surface du sol, est peu élevée, de sorte que ce mode de production est généralement assisté par des dispositifs additionnels fonctionnant à l'énergie électrique, au gaz ou autre, tel que les dispositifs appelés « pompes à chaleur ».
La présente invention vise à palier les inconvénients précités en proposant un dispositif de stockage d'énergie thermique d'un fluide caloporteur adapté pour fournir de l'énergie thermique à un bâtiment d'habitation de manière autonome, sans dispositif additionnel de production d'énergie thermique, et de manière permanente.
Exposé de l'invention
La présente invention a pour objectif de fournir un dispositif de stockage d'énergie propre à emmagasiner, en tout temps, de l'énergie thermique, de sorte pouvoir l'exploiter à tout moment selon les besoins d'un utilisateur.
En outre, ce dispositif de stockage peut être adapté à fournir une performance optimale en fonction des conditions environnementales, notamment climatiques et géologiques, de la zone dans laquelle il est implanté, et en fonction des besoins d'un utilisateur.
La présente invention concerne un dispositif de stockage d'énergie thermique comprenant :
- un circuit de chargement en énergie thermique qui chemine dans une zone de chargement en énergie thermique, comprenant :
- au moins un conduit de chargement dans lequel circule un fluide destiné à être chargé en énergie thermique par une source d'alimentation en énergie thermique et destiné à transporter cette énergie thermique, et
- au moins un conduit de délestage en énergie thermique en relation de communication avec le conduit de chargement par le biais de moyens de raccordement, et dans lequel circule un fluide destiné à transporter cette énergie thermique et à être déchargé de cette énergie thermique.
Le dispositif de stockage comprend :
- une zone de stockage d'énergie thermique dans laquelle cheminent au moins un conduit de délestage, la zone de stockage étant formée dans une masse configurée pour emmagasiner tout ou partie de l'énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le conduit de délestage,
- un circuit de transfert en énergie thermique comprenant au moins une première portion dans laquelle circule un fluide destiné à être chargé en énergie dans la zone de stockage et une seconde portion dans laquelle circule un fluide destiné à transférer cette énergie à un circuit de consommation d'énergie thermique.
Grâce à ces caractéristiques le dispositif de stockage d'énergie thermique est adapté à emmagasiner de l'énergie thermique et à la restituer en fonction des besoins d'un utilisateur, en ne générant que peu de perte d'énergie thermique. Le dispositif de stockage d'énergie thermique est configuré pour emmagasiner une quantité d'énergie thermique telle que ledit dispositif ne nécessite pas de dispositif supplémentaire de production d'énergie thermique pour répondre aux besoins d'un utilisateur, ces besoins pouvant être variables.
En outre, le dispositif de stockage d'énergie thermique est adapté à restituer de l'énergie thermique, en fonction des besoins d'un utilisateur, de manière permanente, et ce même si le chargement en énergie thermique du fluide circulant dans le circuit de chargement est intermittent.
Dans les exemples de réalisation cités dans ce texte, la production d'énergie thermique est à destination de systèmes de chauffage d'eau à usage sanitaire ou dans des systèmes de chauffage de bâtiments d'habitation, mais elle peut être, destinée au dégivrage de sols, à la production de vapeur pour des applications à la portée de l'homme du métier, ou à toute autre utilisation appropriée.
La source d'alimentation en énergie thermique peut être le rayonnement solaire ou provenir d'un système de recyclage d'énergie thermique générée par une industrie quelconque mis en œuvre de manière connu de l'homme du métier.
Il y a lieu de noter que la masse dans laquelle est formée la zone de stockage peut être une masse solide, liquide ou une masse solide additionnée de liquide.
Dans des modes particuliers de réalisation, l'invention répond en outre aux caractéristiques suivantes, mises en œuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.
Dans des modes de réalisation, la zone de stockage comprend plusieurs régions pouvant être isolées thermiquement les unes des autres et dans chacune desquelles cheminent respectivement au moins un conduit de délestage et une première portion du circuit de transfert, les moyens de raccordement comprenant des moyens de dérivation amont et aval du circuit de chargement, par lesquels le conduit de chargement est en relation de communication avec les conduits de délestage, lesdits moyens de dérivation amont et aval étant pilotés par un organe de contrôle et de commande de sorte à diriger la circulation du fluide dans un conduit de délestage cheminant dans une région prédéterminée en fonction de la quantité d'énergie thermique que le fluide transporte et en fonction de la quantité volumique d'énergie thermique que comprend la région.
On entend par « quantité volumique d'énergie thermique », une grandeur représentative de la température moyenne du volume d'une région. Ainsi, les régions sont adaptées à emmagasiner respectivement des quantités volumique d'énergie thermique différentes les unes des autres. Chaque région conserve donc une quantité volumique d'énergie thermique relativement constante, et ne subissent donc pas, ou peu, de perte d'énergie thermique. On entend par perte d'énergie thermique, la baisse de quantité d'énergie thermique.
A titre d'exemple, la valeur de l'énergie thermique transportée par le fluide circulant dans les conduits de chargement et de délestage correspond à une température comprise dans un intervalle d'environ un à cent degrés Celsius.
Dans des modes de réalisation de l'invention, les premières portions du circuit de transfert sont en relation de communication avec une seconde portion du circuit de transfert par le biais de moyens de dérivation amont et aval du circuit de transfert, lesdits moyens de dérivation amont et aval étant pilotés par un organe de contrôle et de commande configuré de sorte à pouvoir faire prioritairement communiquer la seconde portion du circuit de transfert avec la première portion du circuit de transfert parcourant la région emmagasinant la quantité d'énergie thermique la plus faible, mais suffisante pour satisfaire le besoin d'un utilisateur.
Ainsi, il est possible d'utiliser l'énergie thermique du fluide circulant dans le conduit de transfert parcourant la région emmagasinant la quantité d'énergie thermique la plus faible à des fins de préchauffage ou de rafraîchissement de bâtiments par exemple, ou de dégivrage de sols, tout en conservant l'énergie thermique du fluide circulant dans le circuit de transfert parcourant la région emmagasinant la quantité d'énergie la plus importante à des fins de chauffage de bâtiments.
Dans des modes de réalisation de l'invention, l'organe de contrôle et de commande est configuré de sorte à piloter les moyens de dérivations amont et aval du circuit de chargement de façon à ce que chaque région se charge d'une quantité d'énergie thermique comprise dans un intervalle prédéfinie qui lui est propre, et de manière à charger en énergie thermique une première région, adaptée à conserver la plus grande quantité d'énergie thermique, de façon prioritaire par rapport aux autres régions. Dans des modes de réalisation, lorsqu'un point d'équilibre thermique est atteint entre le fluide circulant dans le conduit de délestage cheminant dans une région et cette région, et que ce point d'équilibre résulte d'un gain d'énergie thermique de ladite région, ou lorsque ledit fluide transporte une quantité d'énergie thermique inférieure ou égale à celle accumulée dans cette région, les moyens de dérivation amont et aval du circuit de chargement sont pilotés de sorte que le fluide circule dans le conduit de délestage cheminant dans une autre région conservant une quantité d'énergie thermique comprise dans un intervalle immédiatement inférieur à la quantité d'énergie thermique transportée par le fluide.
Grâce à ces caractéristiques, même les quantités d'énergie thermiques les plus faibles, par exemple de l'ordre de treize à vingt degrés Celsius, sont stockées dans au moins une région.
Ainsi sont limitées les pertes d'énergie thermique et le rendement du dispositif de stockage est optimisé.
Dans des modes particuliers de réalisation, les régions de la zone de stockage peuvent être configurées de sorte à présenter une résistance thermique différente les unes des autres, c'est-à-dire, une conductivité thermique différente. Additionnellement ou alternativement, les régions sont configurées de sorte à présenter un pouvoir d'isolation différent.
En effet, il n'est pas nécessaire qu'une région présente un pouvoir d'isolation thermique élevé si elle est destinée à être traversée par un fluide transportant une faible quantité d'énergie thermique. Cette caractéristique permet avantageusement de réduire les coûts et la fabrication de la zone de stockage.
Les régions peuvent respectivement être réalisées dans un matériau dont la capacité de résistance thermique est différente pour chacune d'entre- elles ou être agencées de sorte à présenter une résistance thermique différente les unes des autres.
Dans des modes particuliers de réalisation, les régions de la zone de stockage sont agencées de sorte qu'une première région soit juxtaposée à au moins une deuxième région. Dans des modes de réalisation de l'invention, la première région est une région centrale et la ou les autres régions sont des régions périphériques s'étendant autour de la région centrale, et dans lequel le fluide est dirigé par des moyens de dérivation amont du circuit de chargement de sorte à circuler dans un conduit de délestage cheminant dans la région centrale lorsqu'il transporte une quantité d'énergie thermique supérieure à une valeur prédéterminée et/ou une quantité supérieure à l'énergie thermique conservée initialement par ladite région centrale et est dirigé par des moyens de dérivation amont de sorte à circuler dans un conduit de délestage cheminant dans la ou les régions périphériques lorsqu'il transporte une quantité d'énergie inférieure à une valeur prédéterminée.
Dans des modes de réalisation de l'invention, la seconde portion du circuit de transfert chemine dans une zone de transfert en relation avec le circuit de consommation, ladite zone de transfert comportant un échangeur d'énergie thermique adapté à transférer une partie de l'énergie thermique transportée par le fluide circulant dans la seconde portion du circuit de transfert au fluide circulant dans le circuit de consommation.
Le fluide circulant dans le circuit de transfert est donc apte à transmettre une partie de l'énergie thermique qu'il transporte au fluide circulant dans le conduit de consommation, afin que ce dernier transporte une quantité d'énergie thermique prédéfinie. Cette quantité d'énergie est prédéfinie en fonction des besoins en énergie thermique d'un utilisateur, c'est-à-dire de la quantité d'énergie thermique dont le fluide doit être déchargé lors de sa circulation à traverse la zone de consommation.
Dans des modes de réalisation, les conduits de délestage forment un circuit de délestage dont une portion chemine dans une zone de transfert en relation avec une portion du circuit de chargement, ladite zone de transfert comportant un échangeur d'énergie thermique adapté à transférer une partie de l'énergie thermique transportée par le fluide circulant dans la portion du circuit de chargement au fluide circulant dans le circuit de délestage.
Dans des modes de réalisation, le circuit de chargement comprend des conduits de déviation directement en relation de communication avec le conduit de transfert sans cheminer par la zone de stockage, de sorte que le fluide est apte à cheminer directement dans la zone de transfert, suite à sa circulation dans la zone de chargement.
Grâce à ces dispositions, le conduit de chargement est apte à transmettre de l'énergie thermique au conduit de consommation lorsqu'aucune des régions de la zone de stockage n'est apte à emmagasiner la quantité d'énergie thermique potentiellement transmise par le fluide circulant dans le conduit de chargement, et dans la mesure ou cette quantité d'énergie thermique est supérieure ou égale au besoin d'un utilisateur.
Dans des modes de réalisation de l'invention, la zone de stockage est formée dans un sous-sol terrestre présentant des rainures et/ou des forages dans lesquel(le)s s'étendent les conduits de transfert et/ou les conduits de délestage.
Ces caractéristiques permettent au dispositif de stockage de présenter des dimensions relativement importantes. Par exemple les forages peuvent s'étendre jusqu'à environ cent mètres de profondeur et les rainures peuvent s'étendre en longueur jusqu'à plusieurs centaines de mètres et en profondeur jusqu'à environ dix mètres. Ainsi, le volume de stockage peut atteindre plusieurs centaines de milliers voire des millions de mètres cubes.
Dans des modes de réalisation de l'invention, les conduits de délestage et/ou les conduits de transfert sont noyés dans une masse et forment respectivement une boucle dans des forages verticaux pratiqués dans la zone de stockage.
Ces conduits peuvent être noyés dans des agrégats, un béton ou un mortier.
Le choix de la réalisation de forages et/ou de rainures pour la mise en place des circuits de chargement et de transfert est réalisé en fonction de paramètres géologiques du sol dans lequel est destinée à être disposé la zone de stockage, de sorte que son installation soit simple et rapide.
Dans des modes de réalisation de l'invention, la zone de stockage comprend une enceinte isolante thermique sur au moins une portion de sa périphérie.
Ces caractéristiques permettent de fortement réduire ou supprimer les échanges d'énergie thermiques entre la zone de stockage et le milieu extérieur à ladite zone de stockage, de manière à limiter ou éliminer les pertes d'énergie thermique.
Dans des modes particuliers de réalisation, la zone de stockage présente une enceinte comprenant un réseau de conduits dans lesquels circule un fluide caloporteur adapté à être chargé en énergie thermique par la ou les régions attenantes.
Dans des modes particuliers de réalisation, le volume de la zone de stockage est formé dans une excavation d'un sous-sol terrestre.
Ainsi, la température du milieu extérieur à la zone de stockage est sensiblement constante dans le temps de sorte que la zone de stockage ne soit pas ou peu sensible aux aléas climatiques.
Préférentiellement, la zone de stockage est enfouie dans un sous-sol terrestre brut, c'est-à-dire n'ayant pas subit de transformation ou manipulation.
Dans des modes de réalisation de l'invention, les conduits de délestage et/ou les conduits de transfert sont disposés de sorte qu'ils s'introduisent et sortent par un même coté d'une région qu'ils traversent.
Chaque conduit peut comporter des moyens d'isolation thermique s'étendant sur au moins une portion de sa longueur. Par exemple, les moyens d'isolation thermique peuvent être une gaine isolante thermique disposée autour des conduits, de telle manière que le fluide circule de la portion du conduit non isolée vers la portion isolée.
Dans des modes de réalisation de l'invention, les conduits de délestage et/ou les conduits de transfert sont disposés de sorte qu'ils s'introduisent et sortent respectivement par deux cotés opposés d'une région qu'ils traversent.
Dans des modes de réalisation de l'invention, les conduits de délestage et les conduits de transfert peuvent être alternativement constitués par les mêmes conduits.
Dans des modes de réalisation de l'invention, le fluide circulant dans un conduit de transfert cheminant une région peut circuler dans un sens opposé au sens de circulation du fluide circulant dans les conduits de délestage cheminant dans la même région. Dans des modes de réalisation de l'invention, au moins une région comprend une extrémité distale dans laquelle chemine uniquement des conduits de transfert. Aucun conduit de délestage ne chemine dans cette extrémité dans la mesure où elle est destinée à stocker au moins une partie des pertes de l'énergie thermique emmagasinée par ladite région.
Par « extrémité distale », on entend une extrémité la plus proche de la périphérie de la zone de stockage.
Cette caractéristique peut constituer une alternative à la disposition d'une enceinte isolante thermique sur au moins une portion de la périphérie de la zone de stockage.
Dans des modes de réalisation de l'invention, la zone de stockage comprend une seule région dans laquelle chemine au moins un conduit de délestage entre un point d'entrée et un point de sortie de ladite région, suffisamment distants l'un de l'autre pour que l'extrémité distale de cette région, comprenant ledit point de sortie, ne soit chargée que d'une quantité thermique inférieure à celle que transporte le fluide circulant dans le ou les conduits de délestage, et sensiblement égale à la quantité d'énergie thermique représentative de la température du sous-sol terrestre.
Grâce à ces caractéristiques, la région est apte à stocker une partie de l'énergie thermique que le fluide circulant dans les conduits de délestage transporte, quelle que soit la quantité de cette énergie thermique comprise entre treize et cent degrés Celsius.
Présentation des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures (non à l'échelle) qui représentent :
- figure 1 : une représentation schématique d'un dispositif de stockage d'énergie thermique selon l'invention,
- figure 2 : une vue schématique de dessus d'une zone de stockage d'énergie thermique selon un premier mode de réalisation du dispositif de stockage d'énergie thermique selon la figure 1 , - figure 3 : une vue en coupe transversale selon un axe A-A de la zone de stockage selon la figure 2,
- figure 4 : une vue de dessus schématique de dessus d'une zone de stockage d'énergie thermique selon un exemple de réalisation,
- figure 5 : une vue en coupe transversale selon un axe B-B de la zone de stockage selon la figure 4,
- figure 6 : une représentation schématique d'un exemple de disposition de conduits dans une rainure d'une zone de stockage d'énergie thermique selon l'une des figures précédentes,
- figure 7 : une vue de dessus schématique de dessus d'une zone de stockage d'énergie thermique selon un autre exemple de réalisation,
- figure 8 : une vue de dessus schématique de dessus d'une zone de stockage d'énergie thermique selon un autre exemple de réalisation,
- figure 9 : une vue en coupe transversale selon un axe C-C de la zone de stockage selon la figure 8,
- figure 10 : une représentation schématique d'un exemple de disposition de conduits dans un forage d'une zone de stockage d'énergie thermique selon les figures 8 et 9,
- figure 1 1 : une vue en coupe transversale selon un axe D-D du forage selon la figure 10,
- figure 12 : une vue de dessus schématique de dessus d'une zone de stockage d'énergie thermique selon un autre exemple de réalisation,
- figure 13 : une vue en coupe axiale selon un axe E-E de la zone de stockage selon la figure 12
- figure 14 : une vue schématique de dessus d'une zone de stockage d'énergie thermique selon un autre mode de réalisation du dispositif de stockage d'énergie thermique selon la figure 1 .
Dans ces figures, des références numériques identiques d'une figure à l'autre désignent des éléments identiques ou analogues. Par ailleurs, pour des raisons de clarté, les dessins ne sont pas à l'échelle, sauf mention contraire. Description détaillée de l'invention
La présente invention vise à proposer un dispositif de stockage 10 d'énergie thermique tel que schématiquement représenté par la figure 1 , dans un exemple de réalisation non limitatif.
Le dispositif de stockage 10 d'énergie thermique comprend un premier circuit dit « circuit de chargement » 1 1 , comprenant un ou des conduits de chargement 12 dans chacun desquels circule un fluide, préférentiellement du type caloporteur, c'est-à-dire adapté à transporter une quantité donnée d'énergie thermique.
Comme représenté schématiquement par la figure 1 , une portion 1 10 du circuit de chargement 1 1 chemine dans la zone de chargement 30. Cette portion 1 10 comprend un ou plusieurs conduits de chargement 12 Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 , la portion 1 10 comprend un unique conduit de chargement 12. Le fluide circulant dans cette portion 1 10 est destiné à être chargé en énergie thermique par une source d'alimentation en énergie thermique, et à transporter l'énergie thermique dont il a été chargé.
A titre d'exemple non limitatif, la zone de chargement 30 comprend des panneaux solaires thermiques connus en soi, la source d'alimentation en énergie thermique étant le rayonnement solaire. Le chargement du fluide en énergie thermique est alors produit par radiation du rayonnement solaire, sur le conduit de chargement 12.
Le circuit de chargement 1 1 comprend au moins un conduit de délestage 12' en relation de communication avec au moins un conduit de chargement 12, par le biais de moyens de raccordement, et dont une portion 1 1 1 chemine dans une zone de stockage 40 d'énergie thermique. Le fluide circulant dans cette portion 1 1 1 du conduit de délestage 12' est destiné à charger la zone de stockage 40 en énergie thermique. Le dispositif de stockage 10 d'énergie thermique comprend, de plus, un deuxième circuit dit « circuit de transfert » 21 comprenant des conduits de transfert 22 dans lesquels circule un fluide, préférentiellement du type caloporteur.
Le circuit de transfert 21 forme un circuit fermé reliant successivement une zone de transfert 50 d'énergie thermique et la zone de stockage 40. Comme représenté schématiquement en traits discontinus par la figure 1 , le circuit de transfert 21 comprend une première portion 21 1 cheminant dans la zone de stockage 40 et une seconde portion 212 cheminant dans la zone de transfert 50. Le circuit de transfert 21 peut comprendre plusieurs premières portions 21 1 , telles que représentées schématiquement par la figure 1 , et une unique seconde portion 212.
Le fluide circulant dans un des conduit de transfert 22 est destiné, lorsqu'il circule à travers la première portion 21 1 , à emmagasiner de énergie thermique provenant de la zone de stockage 40, et lorsqu'il circule à travers la seconde portion 212, à décharger l'énergie thermique emmagasinée, dans la zone de transfert 50.
Le dispositif de stockage 10 d'énergie thermique comprend également un troisième circuit dit « circuit de consommation » 31 comprenant des conduits de consommation 32 dans lesquels circule un fluide, préférentiellement du type caloporteur.
Les fluides caloporteurs circulant respectivement dans les conduits de chargement 12, dans les conduits de transfert 22 et dans les conduits de consommation 32 peuvent être réalisés par des fluides différents.
Le circuit de consommation 31 forme un circuit fermé reliant successivement la zone de transfert 50 et une zone de consommation 60 d'énergie thermique.
Une première portion 310 du circuit de consommation 31 chemine dans la zone de consommation 60. Cette première portion 310 comprend un ou plusieurs conduits de consommation 32. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 , la première portion 310 comprend un unique conduit de consommation 32. Le fluide circulant dans ce conduit de consommation 32 est destiné à être déchargé d'au moins une partie de l'énergie thermique qu'il transporte. Le circuit de consommation 31 comprend également une deuxième portion 312, cheminant dans la zone de transfert 50 destinée à se charger en énergie thermique par transfert d'une certaine quantité d'énergie thermique de la seconde portion 212 du circuit de transfert 21 .
A titre d'exemple non limitatif, la zone de consommation 60 comprend un système de chauffage de bâtiment d'habitation connu de l'homme du métier, et/ou un système de chauffage de l'eau à usage sanitaire dans un bâtiment d'habitation, également connu de l'homme du métier.
Les fluides circulant respectivement dans les conduits de chargement 12 et de délestage 12', dans les conduits de transfert 22, et dans les conduits de consommation 32 sont préférentiellement réalisés à partir du même matériau.
Avantageusement, comme représenté dans un exemple de réalisation de l'invention par la figure 1 , la zone de stockage 40 est organisée en plusieurs régions 41 dans chacune desquelles cheminent au moins un conduit de délestage 12' et au moins un conduit de transfert 22. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 , un unique conduit de délestage 12' et un unique conduit de transfert 22 cheminent dans chaque région 41 de la zone de stockage 40.
La zone de stockage 40 est préférentiellement enfouie dans un sous- sol terrestre de sorte la température du milieu extérieur à la zone de stockage 40 soit constante dans le temps. Par « milieu extérieur à la zone de stockage », on entend le sous-sol environnant à l'extérieur de la zone de stockage 40.
Les conduits de délestage 12' et les conduits de transfert 22 cheminant dans chaque région 41 sont noyés dans le matériau constituant la région 41 . Avantageusement, les matériaux constituant les régions 41 de la zone de stockage 40 sont choisis de sorte que lesdites régions 41 soient aptes à stocker de l'énergie thermique. Plus précisément, ces matériaux présentent une résistance thermique faible, c'est à dire un coefficient de conductivité thermique relativement élevé, de sorte que la perméabilité thermique de la zone de stockage 40 soit relativement importante. Par « perméabilité thermique importante », on entend la capacité d'un matériau à permettre un changement de température de sorte à permettre un échange thermique optimal. Cette disposition permet de minimiser la densité du réseau des conduits 12, 12', 22 et 32. Les régions 41 peuvent être constituées par des matériaux constituant le sous-sol terrestre, des agrégats, tels que du sable, du béton, ou d'un autre matériau granulaire, et peuvent posséder un coefficient de conduction thermique différent les unes des autres. Préférentiellement, la zone de stockage est réalisée dans une masse solide.
Au sein d'une même région 41 , les conduits respectifs de délestage 12' et de transfert 22 sont préférentiellement disposés à distance l'un de l'autre sur l'ensemble de leur longueur, afin de limiter les échanges thermiques entre les fluides circulant respectivement dans ces conduits et d'homogénéiser le chargement d'énergie thermique de la zone de stockage 40.
Chacune des régions 41 peut être adaptée pour être traversée par un conduit de délestage 12' dans lequel circule un fluide transportant une quantité d'énergie thermique prédéfinie. Plus précisément, le fluide circulant dans la deuxième portion 1 1 1 du circuit de chargement 1 1 peut être destiné à circuler dans un conduit de délestage 12' cheminant dans une région 41 prédéterminée selon la quantité d'énergie thermique qu'il transporte.
Préférentiellement, les régions 41 traversées par des conduits dans lesquels circule un fluide transportant une quantité d'énergie thermique élevée sont configurées de telle sorte qu'elles sont plus adaptées à emmagasiner plus rapidement cette énergie que les autres régions 41 ; qui sont, elles, traversées par des conduits dans lesquels circule un fluide transportant une plus faible quantité d'énergie thermique et qui sont adaptées à emmagasiner plus lentement cette plus faible quantité d'énergie thermique. A cet effet, les conduits de délestage 12' et les conduits de transfert 22 traversant les régions 41 sont, par exemple, agencés de manière particulière, ou ces régions 41 sont réalisées dans des matériaux particuliers, choisies de sorte que la zone de stockage 40 présentent une inertie thermique importante.
Ces caractéristiques permettent de mieux conserver d'importantes quantités d'énergie thermique.
Afin de diriger le fluide dans un conduit de délestage 12' traversant une région 41 prédéterminée en fonction de la quantité d'énergie qu'il transporte, les moyens de raccordement comprennent des moyens de dérivation du fluide disposés entre le conduit de chargement 12 et le conduit de délestage 12'. Le conduit de chargement 12 est en relation de communication avec les conduits de délestage 12' par le biais des moyens de dérivation amont 13. Ces moyens de dérivation du fluide, dits « premiers moyens de dérivation amont » 13, comprennent avantageusement des moyens de mesure de la quantité d'énergie thermique transportée par le fluide entre les conduits de chargement 12 et de délestage 12' et sont connectés à un organe de contrôle et de commande comprenant des moyens de calcul de type microprocesseur non représenté sur les figures.
Les moyens de mesure de la quantité d'énergie thermique transportée par le fluide comprennent, par exemple, des moyens de mesure de la température du fluide. A titre d'exemple la température du fluide circulant dans le circuit de chargement et dans le conduit de délestage est d'environ un degré Celsius à cent degrés Celsius.
L'organe de contrôle et de commande est également connecté à des moyens de mesure de la quantité volumique d'énergie thermique dont sont dotées chacune des régions 41 . Ces moyens de mesure de la quantité volumique d'énergie thermique comprennent, par exemple, des moyens de mesure de la température des régions.
L'organe de contrôle et de commande est configuré pour piloter les premiers moyens de dérivation amont 13 de sorte à diriger la circulation du fluide dans un conduit de délestage 12' prédéterminé en fonction de la comparaison de la température du fluide entre les conduits de chargement 12 et de délestage 12', à un instant t prédéterminé, et de la température des régions à cet instant t.
Ainsi, l'organe de contrôle et de commande est adapté à piloter les premiers moyens de dérivation amont 13 de sorte que le fluide circule à travers une région 41 prédéterminée en fonction de la quantité d'énergie thermique qu'il transporte après son passage à travers la zone de chargement 30.
L'organe de contrôle et de commande est programmé, d'une part, de sorte que la zone de stockage 40 emmagasine de l'énergie thermique transportée par le fluide, provenant notamment de la source d'alimentation en énergie thermique, et d'autre part, de façon à ce que chaque région 41 conserve une quantité volumique d'énergie thermique comprise dans un intervalle prédéfini qui leur est propre. Les premiers moyens de dérivation amont 13 sont couplés en fonctionnement avec des moyens de dérivation du fluide, dits « premiers moyens de dérivation aval » 14, disposés, par exemple, entre les conduits de délestage 12' et le conduit de chargement 12, comme l'illustre, dans un exemple de réalisation, la figure 1 . Ceci de sorte que le conduit de délestage 12' dans lequel est dirigé le fluide par les premiers moyens de dérivation amont 13, soit en relation de communication avec le conduit de chargement 12 afin que le circuit de chargement 1 1 forme un circuit fermé.
De manière analogue, le fluide circulant dans le circuit de transfert 21 est destiné à circuler dans un conduit de transfert 22 cheminant dans une région 41 prédéterminée selon la quantité d'énergie thermique qu'il transporte après en avoir transféré une partie au fluide circulant dans le circuit de consommation 31 pour répondre aux besoins d'un utilisateur.
Afin de diriger le fluide dans un conduit de transfert 22 prédéterminé de la première portion 21 1 du circuit de transfert 21 , les moyens de raccordement comprennent des moyens de dérivation du fluide, dits «seconds moyens de dérivation amont » 23, disposés entre les premières portions 21 1 et la seconde portion 212 du circuit de transfert 21 . Ces seconds moyens de dérivation amont 23 sont connectés à l'organe de contrôle et de command et comprennent des moyens de mesure de la quantité d'énergie thermique transportée par le fluide entre les premières portions 21 1 et la seconde portion 212 du circuit de transfert 21 . Les moyens de mesure de la quantité d'énergie thermique transportée par le fluide comprennent, par exemple, des moyens de mesure de la température du fluide.
L'organe de contrôle et de commande est configuré de sorte à piloter les seconds moyens de dérivation amont 23 pour diriger le fluide circulant dans le circuit de transfert 21 , dans une première portion 21 1 prédéterminée du circuit de transfert 21 , de manière à ce qu'il circule à travers une région 41 prédéterminée en fonction de la quantité d'énergie thermique qu'il transporte après son passage dans la zone de transfert 50.
Le conduit de transfert 22 formant la première portion 21 1 du circuit de transfert 21 est en relation de communication avec le conduit de transfert 22 formant la seconde portion 212 du circuit de transfert 21 par le biais des seconds moyens de dérivation amont 23.
Les seconds moyens de dérivation amont 23 sont couplés en fonctionnement avec des moyens de dérivation du fluide, dits « seconds moyens de dérivation aval » 24, disposés entre la deuxième portion 212 et les premières portions 21 1 du circuit de transfert 21 , comme illustré, dans un exemple de réalisation, par la figure 1 . Ceci de sorte que le conduit de transfert
22 de la première portion 21 1 du circuit de transfert 21 dans lequel est dirigé le fluide par les seconds moyens de dérivation amont 23 soit en relation de communication avec le conduit de transfert 22 de la deuxième portion 212 du circuit de transfert 21 .
Afin d'optimiser la conservation de l'énergie thermique dans la zone de stockage 40, l'organe de contrôle et de commande est configuré de sorte à piloter les seconds moyens de dérivation amont 23 et aval 24 de sorte à faire circuler le fluide dans le conduit de transfert 22 parcourant la région 41 emmagasinant la quantité volumique d'énergie thermique la plus faible, mais suffisante pour satisfaire le besoin d'un utilisateur.
A titre d'exemple, les premiers et seconds moyens de dérivation amont
13 et 23 et les premiers et seconds moyens de dérivation aval 14 et 24 sont des vannes directionnelles de type électrovannes connus de l'homme du métier.
Dans la zone de stockage 40, le fluide circulant dans un des conduits de délestage 12' perd progressivement une partie de l'énergie thermique qu'il transporte au profit de la région 41 dans laquelle il chemine, au fur et à mesure de son évolution dans ladite région 41 . Chaque région 41 emmagasine donc de l'énergie thermique, et ce jusqu'à présenter une quantité volumique d'énergie thermique maximale. Cette quantité volumique d'énergie thermique maximale est égale à la quantité d'énergie thermique maximale que le fluide est apte à transférer à travers le conduit de délestage 12' dans lequel il circule. On parle alors d'équilibre thermique entre le conduit de délestage 12' et la région 41 qu'il traverse.
L'organe de contrôle et de commande est configuré pour piloter les premiers moyens de dérivation amont 13 et aval 14, lorsqu'il y a équilibre thermique dans une région 41 donnée, de sorte à diriger le fluide dans un autre conduit de délestage 12', afin qu'il traverse une autre région 41 prédéterminée. Préférentiellement, cette région 41 prédéterminée est attenante à ladite région 41 donnée.
Plus précisément, l'organe de contrôle et de commande est configuré de sorte à piloter les premiers moyens de dérivations amont et aval 13 et 14 de manière à charger en énergie thermique une première région 41 , adaptée à emmagasiner la plus grande quantité volumique d'énergie thermique, de façon prioritaire par rapport aux autres régions 41 . Dans un exemple de réalisation, cette première région 41 emmagasine jusqu'à une quantité volumique d'énergie thermique représentative d'une température maximale d'environ quatre-vingts degrés Celsius. Lorsque le point d'équilibre thermique est atteint entre le fluide circulant dans le conduit de délestage 12' cheminant dans cette première région 41 et cette première région 41 , ou lorsque ledit fluide transporte une quantité d'énergie thermique inférieure ou égale à celle accumulée dans cette première région 41 , les premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14 sont pilotés de sorte que le fluide circule dans les conduits de chargement 12 cheminant dans une deuxième région 41 .
Le fluide est dirigé de façon à circuler dans les conduits de délestage 12' cheminant dans la deuxième région 41 jusqu'à ce que cette deuxième région 41 comprenne une quantité volumique d'énergie thermique représentative d'une température d'environ dix à vingt degrés Celsius inférieure à la température de la première région 41 , soit par exemple environ soixante degrés Celsius. Lorsque le point d'équilibre thermique est atteint entre le circuit de chargement 1 1 et cette deuxième région 41 , ou lorsque la source d'alimentation en énergie thermique ne peut fournir qu'une quantité d'énergie thermique inférieure ou égale à celle accumulée dans cette deuxième région 41 , les premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14 sont pilotés de sorte que le fluide circule dans les conduits de délestage 12' cheminant dans une troisième région 41 .
Ce principe de fonctionnement est analogue pour un nombre n de région 41 , jusqu'au moment où le point d'équilibre thermique est atteint entre le circuit de chargement 1 1 et la n'eme région 41 ou lorsque la source d'alimentation en énergie thermique ne peut fournir qu'une quantité d'énergie thermique inférieure ou égale à celle accumulée dans cette n'eme région 41 . Les premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14 sont alors pilotés de sorte que la circulation du fluide soit interrompue dans les conduits de délestage 12' du circuit de chargement 1 1 .
L'organe de commande et de contrôle est également configuré de sorte à interrompre la circulation du fluide dans les conduits de délestage 12' de la deuxième portion du circuit de chargement 1 1 lorsque les quantités d'énergies contenues respectivement par le fluide et par les régions 41 de la zone de stockage 40 sont telles que la circulation dudit fluide dans lesdits conduits provoquerait une fuite d'énergie thermique de la zone de stockage 40. Ce cas de figure a lieu lorsque la quantité volumique d'énergie emmagasinée par une région 41 de la zone de stockage 40 est plus importante que la quantité d'énergie transportée par le fluide circulant dans le conduit de délestage 12' qui la traverse et qu'aucune région n'est apte à l'emmagasiner.
Avantageusement, le circuit de chargement 1 1 comprend un circuit de déviation comprenant, par exemple, deux conduits de déviation 12" directement en relation de communication avec le conduit de transfert 22 sans cheminer par la zone de stockage 40.
Plus précisément, les conduits de déviation 12" sont respectivement en relation de communication, d'une part, avec le conduit de chargement 12, par le biais des premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14, et d'autre part, avec le conduit de transfert 22 par le biais des seconds moyens de dérivation amont et aval 23 et 24.
Ces conduits de déviation 12" permettent la circulation du fluide chargé en énergie thermique, suite à son cheminement dans la zone de chargement 30, dans la zone de transfert 50, sans cheminer à travers la zone de stockage 40, de sorte que le fluide circulant dans le conduit de chargement 12 est apte à transmettre de l'énergie thermique au conduit de consommation 32. Cette disposition trouve son avantage, par exemple, lorsqu'aucune des régions 41 de la zone de stockage 40 n'est apte à emmagasiner la quantité volumique d'énergie thermique potentiellement transmise par le fluide circulant dans le conduit de délestage 12', et dans la mesure ou cette quantité d'énergie thermique est supérieure ou égale au besoin d'un utilisateur.
Il y a lieu de noter qu'une région 41 peut être soumise à une perte d'énergie thermique, lorsque, par exemple, elle présente une quantité volumique d'énergie thermique supérieure à celle d'une région 41 attenante. En effet, l'énergie thermique de la région 41 dans laquelle elle se trouve en quantité supérieure a tendance à migrer vers la région 41 dans laquelle elle se trouve en quantité inférieure. Pour minimiser les transferts d'énergie thermique entre les régions 41 , une couche isolante thermique peut avantageusement être interposée entre chaque région 41 .
La zone de transfert 50 comprend au moins un système d'échangeur d'énergie thermique, par exemple du type de ceux connus de l'homme du métier.
L'échangeur thermique est configuré pour pouvoir modifier la quantité d'énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le conduit de consommation 32 en fonction de la quantité d'énergie thermique contenue par le fluide circulant dans le conduit de transfert 22 et en fonction d'un besoin exprimé par un utilisateur.
Grâce à l'échangeur thermique, le fluide circulant dans le conduit de chargement 12 est donc apte à transmettre une partie de l'énergie thermique qu'il transporte au fluide circulant dans le conduit de consommation 32, afin que ce dernier transporte une quantité d'énergie thermique prédéfinie, fonction des besoins d'un utilisateur.
Ainsi, il est possible de moduler la quantité d'énergie thermique délivrée par le conduit de consommation 32, dans la zone de consommation 60, de façon à satisfaire, au plus juste, les besoins d'un utilisateur en énergie thermique.
Dans un exemple de réalisation non représenté par les figures, les conduits de délestages sont raccordés à un unique conduit de délestage par le biais des premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14, de façon à former un circuit fermé de délestage. Le circuit de chargement forme également un circuit fermé et est en relation d'échange d'énergie thermique avec le circuit de délestage par le biais d'un échangeur thermique. Dans d'autres exemples de réalisation de l'invention non représentés sur les figures, la régulation de la quantité thermique transportée par le fluide peut également être réalisée en ajustant la vitesse de circulation du fluide dans les conduits de chargement 12, de délestage 12', de transfert 22, et dans le conduit de consommation 32, et/ou par une mise en circulation du fluide dans le conduit de consommation 32 de façon discontinue, par impulsion.
Les figures 2 et 3 représentent respectivement un premier mode de réalisation de l'invention, dans lequel la zone de stockage 40 est de la forme d'un parallélépipède rectangle, et comprend des régions 41 agencés de manière concentrique les unes aux autres. La zone de stockage 40 comprend une région centrale 410 autour de laquelle s'étend au moins une première région périphérique 41 1 . Chaque côté de la zone de stockage 40 peut présenter des dimensions d'environ dix à cent mètres.
A titre d'exemple, la région centrale 410 peut présenter un volume d'environ un dixième du volume de la première région périphérique 41 1 .
Dans ce premier mode de réalisation de l'invention, comme représenté sur les figures 2 et 3, une deuxième région périphérique 412 peut s'étendre autour de la première région périphérique 41 1 .
Préférentiellement, le fluide circulant dans le conduit de délestage 12' traversant la région centrale 410 est prévu pour transporter une quantité d'énergie thermique supérieure à la quantité d'énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le conduit de délestage 12' traversant la première région périphérique 41 1 . De la même manière, le fluide circulant dans le conduit de délestage 12' traversant la première région périphérique 41 1 est prévu pour transporter une quantité d'énergie thermique supérieure à la quantité d'énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le conduit de délestage 12' traversant la deuxième région périphérique 412.
De manière alternative, dans un exemple de réalisation non représenté sur les figures, la zone de stockage 40 peut comprendre une région 41 dite « région extra-périphérique », juxtaposée aux autres régions 41 et dans laquelle chemine des conduits de délestage 12' et de transfert 21 . Dans cet exemple de réalisation, les premiers moyens de dérivation amont et aval 13 et 14 sont pilotés de sorte que, lorsqu'un point d'équilibre thermique est atteint entre les conduits de délestage 1 1 et l'ensemble des régions 41 , ou lorsque la source d'alimentation en énergie thermique ne peut fournir qu'une quantité d'énergie thermique inférieure ou égale à celle accumulée dans les régions 41 , le fluide est mis en circulation dans la région 41 extra-périphérique. On comprend ici que la région 41 extra-périphérique, est adaptée à emmagasiner de faibles quantités d'énergie thermique.
Dans d'autres exemples de réalisation non représentés par les figures, la zone de stockage 40 peut présenter une forme de révolution, par exemple une forme cylindrique ou peut présenter une forme de prisme hexagonale, se développant selon un axe longitudinal sensiblement vertical. Dans ces exemples de réalisation, la zone de stockage comprend plusieurs régions 41 concentriques, dont une région 41 centrale autour de laquelle se développe au moins une région 41 périphérique.
La ou les régions 41 périphériques présentent préférentiellement un coefficient de conduction thermique plus faible que la région 41 centrale. Cette caractéristique permet une adaptation de la zone de stockage 40 aux diverses concentrations d'énergie thermique et une économie substantielle de matériaux constituant une enceinte isolante thermique 420 décrite ci-après, dont peut être totalement ou partiellement enveloppée la zone de stockage 40.
Selon un autre exemple de réalisation de la zone de stockage 40 représenté par la figure 4, les régions 41 de la zone de stockage 40 sont divisées en un certain nombre de sous-régions 51 (formant un maillage carré en partie représenté par les traits discontinus sur la figure 4). Les sous-régions 51 présentent une forme carrée ou rectangulaire, et sont, par exemple, des dimensions identiques les unes par rapport aux autres.
Ces sous-régions 51 sont juxtaposées les unes contre les autres de façon à quadriller la zone de stockage 40, les régions 41 présentant respectivement la forme de chevrons imbriqués les unes à la suite des autres. Dans l'exemple de réalisation représenté par la figure 4, chaque région 41 comprend une sous-région 51 médiane réalisant la jonction entre deux sous- régions 51 latérales respectivement attenantes à deux cotés contigus de la sous-région 51 médiane. Selon les dimensions de la région 41 , les deux sous- régions 51 latérales peuvent être attenantes à d'autres sous-régions 51 latérales.
Comme représenté par la figure 4, la région 41 présentant les plus faibles dimensions n'est composée que d'une sous-région 51 , et présente donc une forme rectangulaire ou carré, et est imbriquée dans une région 41 comprenant une sous-région 51 médiane réalisant la jonction entre deux sous- régions 51 latérales.
Dans cet exemple de réalisation, les régions 41 les plus volumineuses sont par exemple adaptées pour être traversées par des conduits dans lesquels circule un fluide transportant une quantité d'énergie thermique élevée. Le fluide, dans les conduits de délestage 12', est entraîné en circulation de façon à circuler de la région 41 dont les dimensions sont les plus importantes, vers celle dont les dimensions sont les plus faibles et de la sous-région 51 médiane, vers les sous-régions 51 latérales.
Dans d'autres exemples de réalisation, la zone de stockage 40 est de la forme d'un parallélépipède rectangle et comprend une première région 41 adaptée à emmagasiner d'importantes quantités volumiques d'énergie thermique, s'étendant le long d'un des cotés du parallélépipède. Le long du coté opposé au coté précédemment cité s'étend une deuxième région 41 adaptée à emmagasiner de faibles quantités volumiques d'énergie thermique. Entre ces deux régions 41 s'étend une troisième région 41 adaptée à emmagasiner une quantité volumique d'énergie thermique supérieure à la quantité volumique d'énergie thermique emmagasinée par la deuxième région 41 et adaptée à emmagasiner une quantité volumique d'énergie thermique inférieure à la quantité volumique d'énergie thermique emmagasinée par la première région 41 .
La zone de transfert 50 est préférentiellement attenante à la deuxième région 41 . Ces caractéristiques ont pour effet d'optimiser le stockage de l'énergie thermique.
Dans chacune des régions, le conduit de délestage 12' et le conduit de transfert 22 peuvent être disposés dans des rainures 43 rectilignes, comme représenté par les figures 2 à 3 dans le premier mode de réalisation de l'invention. Ces rainures 43 sont réalisées par des outils de découpe, par exemple, par sciage, rainurage ou tranchage du sol. Préférentiellement, chaque région 41 comprend une pluralité de rainures 43 s'étendant entre deux extrémités, de part et d'autre desdites régions.
Les rainures 43 sont plus profondes que larges. Elles présentent, à titre d'exemple non limitatif, une profondeur de quelques mètres, par exemple un à dix mètres, et une largeur d'environ cinq à cinquante centimètres et une longueur d'environ cinq à cent mètres.
Dans chaque rainure 43, le conduit de délestage 12' et le conduit de transfert 22 peuvent être noyés dans un matériau conducteur thermique afin de d'augmenter l'échange thermique au sein de la zone de stockage 40. Un tel matériau peut être un agrégat, tel que du sable humide ou du mortier.
Préférentiellement, dans chacune des régions 41 , les rainures 43 comprenant respectivement des conduits de délestage 12' et des conduits de transfert 22 sont agencées en alternance, de sorte qu'une rainure 43 comprenant un conduit de délestage 12' soit adjacente à une rainure 43 comprenant un conduit de transfert 22, et inversement. Ainsi, la répartition d'énergie thermique est homogène au sein de chaque région 41 .
Alternativement, dans d'autres exemples de réalisation, un conduit de délestage 12' et un conduit de transfert 22 peuvent s'étendre dans la profondeur d'une même rainure 43, les conduits de délestage 12' et de transfert 22 étant alors adjacent l'un à l'autre sur l'ensemble de leur longueur. Cette disposition permet également une répartition homogène d'énergie thermique au sein de chaque région 41 .
Avantageusement, une même rainure 43 peut comprendre un conduit de délestage 12' ou un conduit de transfert 22 s'étendant en serpentin jusqu'au fond de la rainure 43, dans un plan sensiblement vertical, tel qu'illustré en vue en coupe transversale par la figure 3.
Alternativement, comme représenté par la figure 5, une même rainure 43 peut comprendre des conduits de délestage 12' ou des conduits de transfert 22 respectivement raccordés en parallèle à un même conduit de délestage 12' ou à un même conduit de transfert 22. Les conduits de délestage 12' ou de transfert 22 raccordés en parallèle sont superposés les uns aux autres, dans une même rainure 43, par exemple, à distance constante les uns des autres. Dans des exemples de réalisation, tels que représentés par la figure 6, une région 41 peut comprendre des conduits de délestage 12' respectivement agencés dans des rainures 43 de sorte à s'étendre en serpentin dans la longueur de la rainure 43, dans un plan sensiblement vertical. La largeur du serpentin décroit au fur et à mesure que les conduits de délestage 12' s'étendent dans la longueur de la rainure 43, de sorte que chaque conduit de délestage 12' s'étend de moins en moins profondément dans chaque rainure 43 aménageant ainsi une zone de diffusion d'énergie thermique. Avantageusement, dans chaque rainure 43, une portion d'un conduit de transfert 22 est agencée dans la zone de diffusion d'énergie thermique aménagée par chaque conduit de délestage 12'. Ainsi, le fluide circulant dans les conduits de transfert 22 peut être chargé d'au moins une partie de l'énergie thermique déchargée par le fluide circulant dans le conduit de délestage, dans la zone de diffusion.
De manière avantageuse, les conduits de délestage 12' et les conduits de transfert 22 peuvent être disposés de manière différente dans chacune des régions 41 de la zone de stockage 40.
Plus précisément, la disposition des conduits peut être plus dense dans les régions dans lesquels les fluides transportent une quantité d'énergie thermique élevée, pour favoriser la vitesse de transfert d'énergie thermique. Ainsi, comme illustré par les figures 2 et 3, le pas entre deux rainures 43 est plus étroit dans la région centrale 410 que dans les première et deuxième régions périphériques 41 1 .
Dans des exemples de réalisation, tel que représentés par la figure 7, les conduits de délestage 12' et de transfert 22, dans la zone de stockage 40, peuvent être disposés respectivement dans des rainures 43 perpendiculaires les unes aux autres, de sorte que l'agencement desdits conduits forme un maillage carré. Dans ce maillage carré, les conduits de délestage 12' sont juxtaposées parallèlement les uns aux autres, de la même manière que les conduits de transfert 22, et les conduits de délestage 12' sont entrecroisés avec les conduits de transfert 22.
Avantageusement, chaque rainure 43 peut comprendre plusieurs conduits de délestage 12', ou plusieurs conduits de transfert 22, superposés les uns aux autres et respectivement raccordés, en parallèle, à un même conduit de délestage 12', ou à un même conduit de transfert 22, à chacune des extrémités desdites rainures 43. Ainsi, le maillage est également réalisé sur la profondeur de la zone de stockage 40.
Comme représenté par la figure 7, lorsque la zone de stockage 40 est de la forme d'un parallélépipède rectangle s'étendant selon un axe longitudinal, les conduits de délestage 12' sont agencés perpendiculairement audit axe longitudinal et les conduits de transfert 22 sont agencés parallèlement audit axe longitudinal. Ainsi, chaque conduit de transfert 22 s'étend sur une distance suffisamment importante pour être chargé en énergie thermique de manière optimale. Il y a lieu de noter que du fait de la disposition des conduits de délestage 12', les régions 41 s'étendent, par exemple, longitudinalement.
Dans l'exemple de réalisation représenté par la figure 4, un conduit de transfert 22 peut être disposé dans chaque rainure 43 comprenant des conduits de délestage 12' de sorte à emmagasiner une partie de l'énergie thermique dissipée par lesdits conduits de délestage 12' lors du chargement des régions 41 en énergie thermique. Avantageusement, ledit conduit de transfert 22 est agencé de sorte à traverser plusieurs régions 41 afin que le fluide circulant dans ce conduit de transfert 22 puisse pré-charger en énergie thermique une des régions 41 attenantes à la région 41 en chargement.
Préférentiellement, comme représenté par la figure 5, le conduit de transfert 22 est disposé sous les conduits de délestage 12' de chacune des rainures 43, c'est-à-dire, à une profondeur plus importante que les conduits de délestage 12'.
Lorsque la zone de stockage 40 présente une forme de révolution, telle que la forme d'un cylindre, ou présente la forme d'un prisme hexagonale, non illustré par les figures, les rainures 43 s'étendent diamétralement, c'est-à- dire, de façon à former des rayons dont l'axe longitudinal passe par le centre de la zone de stockage 40.
Lorsque les régions 41 sont de la forme de chevrons, comme illustré par la figure 4, les rainures 43 s'étendent de part et d'autre de chaque région 41 , depuis la sous-région 51 médiane, vers chacune des sous-régions 51 latérales, et sont plus profondes que larges. Lorsque la zone de stockage 40 est de forme hexagonale, des zones de transfert 50 du dispositif de stockage 10 de la forme d'un prisme triangulaire peuvent être régulièrement agencé autour de la zone de stockage 40, par exemple, de sorte que la zone de stockage 40 et les zones de transfert 50 forment un ensemble de forme cubique.
Comme représenté par les figures 2 et 3, la zone de stockage 40 peut comprendre avantageusement une enceinte isolante thermique 420 s'étendant sur au moins une portion de sa périphérie, afin de réduire les échanges d'énergie thermiques entre la zone de stockage 40 et le milieu extérieur à ladite zone de stockage 40. La réduction de ces échanges d'énergie thermique permet de limiter les pertes d'énergie thermique de la zone de stockage 40.
L'enceinte isolante thermique est, par exemple, formée par une couche de matériau isolant thermique disposée dans une rainure 43. L'épaisseur de la couche de matériau isolant thermique est déterminée en fonction notamment du coefficient de conduction thermique dudit matériau isolant thermique et de la quantité volumique d'énergie thermique maximale que la zone de stockage 40 est destinée à stocker.
De la même manière, tel que représenté par les figures 2 et 3 dans le premier mode de réalisation de l'invention, les régions 41 de la zone de stockage 40 peuvent également respectivement comprendre une enceinte isolante thermique 420 sur au moins une portion de leur périphérie afin de limiter les échanges thermiques entre les régions 41 .
Dans un exemple de réalisation, comme illustré dans un exemple de réalisation non limitatif par la figure 3, l'enceinte isolante thermique ne s'étend pas sous la zone de stockage 40, c'est-à-dire, sous les conduits de délestage 12' et les conduits de transfert 22 disposés à la profondeur la plus importante.
Il est cependant possible, dans d'autres exemples de réalisation non représentés par les figures, d'étendre l'enceinte isolante thermique sous toute ou partie de la zone de stockage 40, par la réalisation d'une cavité latérale, formée par excavation, entourant partiellement ou totalement ladite zone de stockage 40. Cette cavité périphérique permet l'installation d'un outillage spécifique pour la mise en place de l'enceinte isolante thermique sous la zone de stockage 40. Le procédé d'installation de cette couche de matériau isolant thermique n'est pas décrit dans le présent texte dans la mesure où il est à la portée de l'homme du métier et n'est pas l'objet de la présente invention.
Additionnellement, la zone de stockage 40 peut comprendre deux parois isolantes thermique perpendiculaire l'une à l'autre, agencées de sorte à être sécantes au centre de la région centrale et à diviser la zone de stockage 40 en quatre portions sensiblement identiques.
Lorsque les régions 41 sont de la forme de chevrons, une couche isolante thermique est agencée entre chaque sous-région 51 . Ladite couche isolante thermique est formée d'un matériau thermiquement isolant disposé dans une rainure 43, par exemple d'une largeur de cinq centimètres, pratiquée entre chaque sous-région 51 .
Dans un exemple additionnel ou alternatif de réalisation représenté par les figures 2, 3, 8 et 9, la zone de stockage 40 peut comprendre des forages 44 pratiqués en profondeur dans le sol, par exemple de forme cylindrique, comprenant au moins un conduit formant une boucle constituée par deux tronçons rectilignes reliés entre eux par un tronçon curviligne. Chaque conduit peut comporter des moyens d'isolation thermique s'étendant sur au moins une portion d'un de ses tronçons rectilignes. Ces moyens d'isolation thermique peuvent comprendre une gaine réalisée dans un matériau présentant un important pouvoir d'isolation thermique, tel que le polyuréthane.
Chaque conduit est noyé dans un matériau granulaire, tel que du sable humide ou du mortier.
Ce conduit est relié aux premier et second moyens de dérivation amont 13, 23 et aval 14, 24 de sorte à pouvoir, de manière alternative, former un conduit de délestage 12' et un conduit de transfert 22.
Le fluide peut alors circuler dans deux sens différents au sein d'un même conduit, selon que ledit conduit forme successivement un conduit de délestage 12' ou un conduit de transfert 22. Le changement de sens de circulation du fluide dans chaque conduit permet avantageusement d'optimiser le rendement du dispositif de stockage 10.
De manière alternative, les forages 44 peuvent comprendre respectivement au moins un conduit de délestage 12' et au moins un conduit de transfert 22 agencés en alternance, de sorte que, dans chaque région 41 un forage 44 comprenant un conduit de délestage 12' soit adjacent à un forage 44 comprenant un conduit de transfert 22.
A titre d'exemple, les forages présentent un diamètre de dix à cinquante centimètres et présentent une longueur de plusieurs mètres à plusieurs centaines de mètres.
Dans un exemple de réalisation, tel que représenté à la figure 8, la zone de stockage 40 comprend des premiers forages 44 comprenant deux conduits et des seconds forages 44' comprenant quatre conduits. Un exemple de réalisation des forages 44 comprenant deux conduits est représenté par les figures 10 et 1 1 . Ces premiers et seconds forages 44, 44' sont régulièrement répartis dans la zone de stockage 40 et les premiers et seconds forages 44, 44' sont organisés en quinconce les uns par rapports aux autres.
Dans un autre exemple de réalisation de l'invention, non représenté par les figures, les forages 44 peuvent être répartis selon plusieurs axes parallèles entre eux traversant plusieurs régions 41 . Le long de chacun des axes, lesdits forages 44 sont agencés de sorte que l'écart entre chaque forage 44 soit croissant, d'un bout à l'autre de chaque axe. La région 41 dans laquelle est destiné à circuler un fluide transportant une quantité d'énergie thermique importante comprend des forages 44 séparés entre eux par une distance relativement faible, par exemple, de l'ordre d'un à trois mètres. La région 41 dans laquelle est destiné à circuler un fluide transportant une faible quantité d'énergie thermique comprend des forages 44 séparés entre eux par une distance plus importante, par exemple, de l'ordre de trois à neuf mètres. Les forages 44 répartis le long d'un axe peuvent être agencés sensiblement en quinconce avec les forages 44 répartis le long des axes adjacents
Avantageusement, dans cet exemple de réalisation, les conduits des forages 44 agencés sur un même axe sont connectés les uns aux autres, de sorte qu'il est possible d'exploiter l'énergie thermique du fluide circulant dans les forages 44 agencés sur un même axe de façon indépendante des forages 44 agencés sur les autres axes.
Les forages 44 décrits dans cet exemple de réalisation de l'invention s'intègrent de manière optimale dans une zone de stockage 40 de la forme d'un parallélépipède rectangle, par exemple, présentant sensiblement une largeur de quinze à trente mètres, une longueur de vingt à cinquante mètres.
Dans un autre exemple de réalisation de l'invention, représenté par la figure 12 les forages 44 peuvent être répartis de manière circulaire, selon plusieurs cercles concentriques. Les forages 44 sont, par exemple, répartis à une distance les uns des autres, dont la valeur est proportionnelle à la valeur du rayon du cercle sur lequel ils sont agencés. La région 41 dans laquelle est destiné à circuler un fluide transportant une quantité d'énergie thermique importante comprend des forages 44 séparés entre eux par une distance relativement faible, par exemple, de l'ordre d'un à deux mètres. La région 41 dans laquelle est destiné à circuler un fluide transportant une faible quantité d'énergie thermique comprend des forages 44 séparés entre eux par une distance plus importante, par exemple, de l'ordre de trois à six mètres. Additionnellement, les forages 44 peuvent être agencés sensiblement en quinconce circulaire les uns avec les autres. Cette disposition, qui vis à concentrer l'énergie thermique dans la zone centrale, a pour avantage de limiter la dissipation de ladite énergie thermique vers la périphérie de la zone de stockage 40.
Avantageusement, les forages 44 agencés sur le cercle dont la valeur du rayon est la plus faible comprennent des conduits de délestage 12' et les forages 44 agencés sur chacun des autres cercles comprennent, alternativement d'un cercle à l'autre, des conduits de transfert 22 et des conduits de délestage 12'. Les cercles dont la valeur du rayon est la plus importante comprennent des conduits de transfert 22. Ces dispositions permettent d'optimiser le rendement du dispositif de stockage 10.
En outre, chaque forage 44 peut être d'une profondeur inversement proportionnelle à la valeur du rayon cercle sur lequel il est agencé, de sorte que, plus un forage 44 est proche du centre des cercles, plus sa profondeur est importante. Ceci traduit la compensation de l'importance d'un volume dont l'emprise au sol est réduite, par l'extension de sa profondeur. Par ailleurs, cela permet un échange optimal d'énergie thermique avec le matériau constituant la zone de stockage 40. C'est dans cet exemple de réalisation que les boucles des conduits de forage 44 dont une portion est isolée thermiquement trouvent leur application. A l'exception près, comme représenté dans un exemple de réalisation sur la figure 13, que les forages 44 comprenant des conduits de transfert 22 présentent une profondeur plus importante que les forages 44 comprenant des conduits de délestage 12' auxquels ils sont adjacents ; et que ces forages 44 plus profonds peuvent être réalisés suivant un angle non nul par rapport à la verticale de sorte à s'adapter à une forme géométrique sensiblement conique, le sommet du cône étant en dessous de la base, caractérisant l'ensemble de la ou chaque région. Ces dispositions permettent de limiter les pertes d'énergie thermique des conduits de délestage 12' dans la mesure où une partie de l'énergie thermique perdue par les conduits de délestage 12' est récupérée par les conduits de transfert 22, du fait de leur agencement.
Les forages 44 décrits dans cet exemple de réalisation de l'invention s'intègrent de manière optimale dans une zone de stockage 40 de forme sensiblement cylindrique ou conique, par exemple, présentant sensiblement un diamètre de quinze à trente mètres, et les forages 44 les plus profonds présentent une longueur supérieure d'environ un tiers de la longueur des forages 44 les moins profonds.
Avantageusement, dans cet exemple de réalisation, les conduits des forages 44 agencés sur un même cercle sont connectés les uns aux autres, de sorte qu'il est possible d'exploiter l'énergie thermique du fluide circulant dans les forages 44 agencés sur un même cercle de façon indépendante des forages 44 agencés sur les autres cercles.
De manière alternative, les conduits des forages 44 selon les exemples de réalisation décrits ci-dessus peuvent être individuellement raccordés aux premier et second moyens de dérivation amont 13 et 23 et aux premier et second moyens de dérivation aval 14 et 24. Ainsi, il est possible de piloter les premiers moyens de dérivation amont 13 et aval 14 afin de choisir les forages 44 dans lesquels l'énergie thermique est destinée à être stockée, et de piloter les seconds moyens de dérivation amont 23 et aval 24 afin de choisir les forages 44 dans lesquels l'énergie thermique va être récupérée afin de répondre à un besoin d'un utilisateur. Le stockage de l'énergie thermique peut être géré de manière plus fine grâce à ces dispositions, et ainsi s'adapter au mieux au besoin d'un utilisateur et optimiser le rendement du dispositif de stockage 10.
Il y a lieu de noter que, pour des raisons de simplicité et de rapidité de mise en œuvre, le choix de la réalisation de forages 44 et/ou de rainures 43 pour la mise en place des circuits de chargement 12 et de transfert 22 est réalisé en fonction de paramètres géologiques du sol dans lequel est destinée à être disposé la zone de stockage 40. Par exemple, la réalisation de forages 44 est plus adaptée que la réalisation de rainures 43 lorsque les dimensions de la zone de stockage 40 doivent respecter des contraintes critiques, par exemple que le zone de stockage doit être agencée dans une surface réduite, ou lorsque le matériau du sous-sol dans lequel doit être agencée la zone de stockage peut être difficilement découpé par des outils de découpe. A l'inverse, la réalisation de rainures 43 est plus adaptée que la réalisation de forages 44 lorsque la zone de stockage 40 présente d'importantes dimensions au sol et que le matériau du sous-sol dans lequel doit être agencée la zone de stockage peut être facilement découpé par des outils de découpe.
Par ailleurs, il y a également lieu de noter que, la réalisation de rainures 43 et/ou de forages 44 dans la zone de stockage 40 est particulièrement adaptée aux dispositifs de transferts 10 destinés à répondre au besoin en énergie thermique d'ensembles de bâtiments d'habitation individuel, la zone de stockage 40 étant dimensionnée en conséquence.
La figure 14 représente un dispositif de stockage 10 selon un autre mode de réalisation, comprenant une zone de stockage 40 formée à partir d'une cavité réalisée dans un sous-sol terrestre, s'étendant entre la surface du sol et une base. La zone de stockage peut être enfouie par excavation préalable d'un volume prédéterminé du sous-sol.
La cavité est, par exemple, de la forme d'un prisme cylindrique ou parallélépipédique.
Comme représenté par la figure 14, la cavité, formant la zone de stockage 40, comprend une enceinte isolante thermique 42', par exemple sous la forme d'une couche de matériau isolant thermique, enveloppant l'ensemble de la zone de stockage 40. La zone de stockage 40 peut comprendre un moyen d'étanchéité à l'eau, tel qu'une membrane d'étanchéité, disposée autour de l'ensemble de sa périphérie afin de réduire ou d'éliminer les pertes d'énergie thermique, en conservant à l'intérieur de ladite périphérie un éventuel volume d'eau additionnel, dans le matériau constituant ladite zone, l'eau étant apte en cas de fuite à transporter de l'énergie thermique hors de la zone.
La zone de stockage 40 comprend en plusieurs régions 41 préférentiellement organisée sous forme de strates superposées les unes aux autres, chacune étant, par exemple, constituée d'un matériau présentant une capacité de résistance thermique différente. Dans chaque région 41 cheminent un conduit de délestage 12' et un conduit de transfert 22 serpentant respectivement dans un plan sensiblement horizontal, de façon à former des méandres d'un bout à l'autre de chaque région 41 . Dans chacune des régions 41 , le conduit de délestage 12' et le conduit de transfert 22 peuvent être superposés l'un par rapport à l'autre, tel que représenté par la figure 14, ou juxtaposés dans le même plan horizontal.
La zone de stockage 40 représentée par la figure 4 comprend une première région, dite « région inférieure » 41 1 ', contigue à l'ensemble de la base de la cavité et distante de la surface du sol. La région inférieure 41 1 ' est constituée d'un matériau présentant un pouvoir de conductivité thermique élevé.. Un tel matériau peut être du béton. La région inférieure 41 1 ' présente, par exemple, une épaisseur de 50 centimètres.
Une deuxième région, dite « région intermédiaire » 410', est superposée à la région inférieure 41 1 '. La région intermédiaire 410' est constituée d'un matériau présentant un pouvoir de conductivité thermique moins élevé que celui constituant la région inférieure 41 1 '.. Un tel matériau peut être un agrégat, tel que du sable. La région intermédiaire 410' présente, par exemple, une épaisseur de 50 centimètres.
Une troisième région, dite « région supérieure » 412', est superposée à la région intermédiaire 410'. La région supérieure est préférentiellement attenante à la surface du sol, à l'exception près qu'elle peut avantageusement recevoir une couche de matériau isolant dont la performance d'isolation thermique est choisie en fonction de la quantité maximale d'énergie thermique que la région est destinée à emmagasiner. La région supérieure 412' est constituée d'un matériau présentant un pouvoir de conductivité thermique moins élevé que celui constituant la région inférieure 41 1 '. Un tel matériau peut être de la terre, par exemple argileuse ou siliceuse, chargée en roche ou non. La région supérieure présente, par exemple, une épaisseur de 100 centimètres.
Les fluides traversant la région inférieure 41 1 ' transportent une quantité d'énergie thermique supérieure aux fluides traversant les autres régions dans la mesure où le pouvoir conducteur thermique d'une région, constituée par un matériau donné, croît avec la profondeur à laquelle elle est située, par rapport à la surface du sol. De ce fait, plus une région est située profondément par rapport à la surface du sol, plus le matériau la constituant présente un coefficient de conduction thermique important.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, de la même manière que précédemment décrit, les conduits respectifs de la première et la deuxième portion du circuit de chargement 1 1 sont reliés entre eux par les premiers moyens de dérivation amont 13 et aval 14. De manière analogue, les conduits respectifs de la première et la deuxième portion du circuit de transfert 21 sont reliés entre eux par les seconds moyens de dérivation amont 23 et aval 24.
Dans un exemple de fonctionnement, lorsque le fluide transporte une quantité d'énergie thermique relativement élevée, par exemple, lorsque sa température est supérieure à quatre-vingt degrés Celsius, il est dirigé par les premiers moyens de dérivation amont 13 de sorte à circuler à travers la région inférieure 41 1 '. Le fluide atteint une telle température, par exemple, en saison estivale.
Lorsque le fluide transporte une quantité d'énergie thermique comprise dans un intervalle prédéfini, par exemple, lorsque sa température est entre quarante et soixante degrés Celsius, il est dirigé par les premiers moyens de dérivation amont 13 de sorte à circuler à travers la région intermédiaire 410'. Le fluide atteint une telle température, par exemple, entre la saison estivale et la saison hivernale.
Lorsque le fluide transporte une quantité d'énergie thermique relativement faible, par exemple, lorsque sa température est inférieure à quarante degrés Celsius, il est dirigé par les premiers moyens de dérivation amont 13 de sorte à circuler à travers la région supérieure 412'. Le fluide atteint une telle température, par exemple, en saison hivernale.
Comme représenté par la figure 14, une couche isolante thermique peut avantageusement être interposée entre chaque région 41 .
Ce mode de réalisation est, par exemple, approprié pour alimenter en énergie thermique un bâtiment d'habitation individuel.
Dans d'autres exemples de réalisation de la zone de stockage 40, ladite zone de stockage 40 peut être en partie ou entièrement hors-sol, c'est-à- dire, émergée de la surface du sol, et recouverte d'une enveloppe isolante thermique.
Dans un exemple de réalisation de l'invention non représenté sur les figures, une région 41 est agencée à une profondeur plus importante que les autres régions, par exemple au moins un mètre au-dessous de la région inférieure 41 1 '. Cette région 41 est destinée à être traversée par des conduits dans lesquels circule un fluide transportant une faible quantité d'énergie thermique pour une utilisation pour une utilisation de rafraîchissement d'un bâtiment, en saison estivale. La température du fluide est, par exemple, d'environ douze à vingt degrés Celsius.
Dans des exemples de réalisation de l'invention, le dispositif de stockage 10 peut recevoir des aménagements en fonction des conditions climatiques du territoire sur lequel il est implanté. Par exemple, les couches isolantes thermiques peuvent présenter des épaisseurs plus ou moins importantes en fonction du pouvoir isolant désiré.
Avantageusement, les fluides sont respectivement entraînés en circulation dans les conduits de délestage 12', dans les conduits de transfert 22 et dans les conduits de consommation 32 par un moyen moteur, tel qu'une pompe hydraulique, piloté par l'organe contrôle et de commande.
La quantité d'énergie thermique qu'un fluide transporte est mise en relation, dans la description de l'invention, de façon non limitative, avec les saisons estivale et hivernale, mais elle peut alternativement être caractérisée, par exemple, par différentes périodes d'une journée.
De manière plus générale, il est à noter que les modes de mise en œuvre et de réalisation considérés ci-dessus ont été décrits à titre d'exemples non limitatifs, et que d'autres variantes sont par conséquent envisageables.
Notamment, le dispositif de stockage 10 a été décrit en considérant que les fluides circulent à travers une unique région 41 de la zone de stockage 40 à la fois. Cependant, dans d'autres modes de réalisation, plusieurs régions 41 peuvent concomitamment être traversées par les fluides.
De plus, le sens de circulation des fluides dans les conduits de délestage 12', de transfert 22 et de consommation 32 peut être le sens inverse que celui décrit ci-avant.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de stockage (10) d'énergie thermique comprenant un circuit de chargement (1 1 ) en énergie thermique qui chemine dans une zone de chargement (30) en énergie thermique, comprenant :
- au moins un conduit de chargement (12) dans lequel circule un fluide destiné à être chargé en énergie thermique par une source d'alimentation en énergie thermique et destiné à transporter cette énergie thermique,
- au moins un conduit de délestage (12') en énergie thermique en relation de communication avec le conduit de chargement (12) par le biais de moyens de raccordement, et dans lequel circule un fluide destiné à transporter cette énergie thermique et à être déchargé de cette énergie thermique,
le dispositif de stockage (10) comprenant :
- une zone de stockage (40) d'énergie thermique dans laquelle cheminent au moins un conduit de délestage (12'), la zone de stockage (40) étant formée dans une masse configurée pour emmagasiner tout ou partie de l'énergie thermique transportée par le fluide circulant dans le conduit de délestage (12'),
- un circuit de transfert (21 ) en énergie thermique comprenant au moins une première portion (21 1 ) dans laquelle circule un fluide destiné à être chargé en énergie dans la zone de stockage (40) et une seconde portion (212) dans laquelle circule un fluide destiné à transférer cette énergie à un circuit de consommation (32) d'énergie thermique, la zone de stockage (40) comprenant plusieurs régions (41 ) agencées de sorte qu'une première région soit juxtaposée à au moins une deuxième région pouvant être isolées thermiquement les unes des autres et dans chacune desquelles cheminent respectivement au moins un conduit de délestage (12') et une première portion (21 1 ) du circuit de transfert (21 ), les moyens de raccordement comprenant des moyens de dérivation amont et aval (13, 14) du circuit de chargement (1 1 ), par lesquels le conduit de chargement (12) est en relation de communication avec les conduits de délestage (12'), lesdits moyens de dérivation amont et aval (13, 14) étant pilotés par un organe de contrôle et de commande de sorte à diriger la circulation du fluide dans un conduit de délestage (12') cheminant dans une région (41 ) prédéterminée en fonction de la quantité d'énergie thermique que le fluide transporte et en fonction de la quantité volumique d'énergie thermique que comprend la région (41 ).
2. Dispositif de stockage (10) selon la revendication 1 , dans lequel les premières portions (21 1 ) du circuit de transfert (21 ) sont en relation de communication avec une seconde portion (212) du circuit de transfert (21 ) par le biais moyens de dérivation amont et aval (23, 24) du circuit de transfert (21 ), lesdits moyens de dérivation amont et aval (23, 24) étant pilotés par un organe de contrôle et de commande configuré de sorte à pouvoir faire prioritairement communiquer la seconde portion (212) du circuit de transfert (21 ) avec la première portion (21 1 ) du circuit de transfert (21 ) parcourant la région (41 ) emmagasinant la quantité d'énergie thermique la plus faible, mais suffisante pour satisfaire le besoin d'un utilisateur.
3. Dispositif de stockage (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, l'organe de contrôle et de commande est configuré de sorte à piloter les moyens de dérivations amont et aval (13, 14) du circuit de chargement (1 1 ) de façon à ce que chaque région (41 ) se charge d'une quantité d'énergie thermique comprise dans un intervalle prédéfinie qui lui est propre, et de manière à charger en énergie thermique une région (41 ), adaptée à recevoir et à conserver la plus grande quantité d'énergie thermique, de façon prioritaire par rapport aux autres régions (41 ).
4. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel, lorsqu'un point d'équilibre thermique est atteint entre le fluide circulant dans le conduit de délestage (12') cheminant dans une région (41 ) et cette région (41 ) et que ce point d'équilibre résulte d'un gain d'énergie thermique de ladite région (41 ), ou lorsque ledit fluide transporte une quantité d'énergie thermique inférieure ou égale à celle accumulée dans cette région (41 ), les moyens de dérivation amont et aval (13, 14) du circuit de chargement (1 1 ) sont pilotés de sorte que le fluide circule dans le conduit de délestage (12') cheminant dans la région (41 ) conservant une quantité d'énergie thermique comprise dans un intervalle immédiatement inférieur à la quantité d'énergie thermique transportée par le fluide.
5. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les régions (41 ) de la zone de stockage (40) peuvent être configurées de sorte à présenter une résistance thermique différente les unes des autres.
6. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la première région est une région centrale et la ou les autres régions sont des régions périphériques s'étendant autour de la région centrale, et dans lequel le fluide est dirigé par des moyens de dérivation amont (13, 23) du circuit de chargement de sorte à circuler dans un conduit de délestage (12') cheminant dans la région centrale lorsqu'il transporte une quantité d'énergie thermique supérieure à une valeur prédéterminée, et est dirigé par des moyens de dérivation amont (13, 23) de sorte à circuler dans un conduit de délestage (12') cheminant dans la ou les régions périphériques lorsqu'il transporte une quantité d'énergie inférieure à une valeur prédéterminée.
7. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la seconde portion (212) du circuit de transfert (21 ) chemine dans une zone de transfert (50) en relation avec le circuit de consommation (32), ladite zone de transfert (50) comportant un échangeur d'énergie thermique adapté à transférer une partie de l'énergie thermique transportée par le fluide circulant dans la seconde portion (212) du circuit de transfert (21 ) au fluide circulant dans le circuit de consommation (32).
8. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les conduits de délestage (12') forment un circuit de délestage dont une portion chemine dans une zone de transfert en relation avec une portion du circuit de chargement (1 1 ), ladite zone de transfert comportant un échangeur d'énergie thermique adapté à transférer une partie de l'énergie thermique transportée par le fluide circulant dans la portion du circuit de chargement (1 1 ) au fluide circulant dans le circuit de délestage (1 2').
9. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le circuit de chargement (1 1 ) comprend des conduits de déviation (12") directement en relation de communication avec le conduit de transfert (22) sans cheminer par la zone de stockage (40), de sorte que le fluide est apte à cheminer directement dans la zone de transfert (50), suite à sa circulation dans la zone de chargement (30).
10. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la zone de stockage (40) est formée dans un sous-sol terrestre présentant des rainures et/ou des forages dans lesquel(le)s s'étendent les conduits de transfert (22) et/ou les conduits de délestage (12').
1 1 . Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la zone de stockage (40) comprend une enceinte isolante thermique (42,
42') sur au moins une portion de sa périphérie.
12. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 1 1 , dans lequel la zone de stockage (40) présente une enceinte comprenant un réseau de conduits dans lesquels circule un fluide caloporteur adapté à être chargé en énergie thermique par la ou les régions attenantes.
13. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel le volume de la zone de stockage (40) est formé dans une excavation d'un sous-sol terrestre.
14. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel les conduits de délestage (12') et/ou les conduits de transfert (22) sont disposés de sorte qu'ils s'introduisent et sortent par un même coté d'une région (41 ) qu'ils traversent.
15. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel les conduits de délestage (12') et/ou les conduits de transfert (22) sont disposés de sorte qu'ils s'introduisent et sortent respectivement par deux cotés opposés d'une région (41 ) qu'ils traversent.
16. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 15, dans lequel les conduits de délestage (12') et les conduits de transfert (22) peuvent être alternativement constitués par les mêmes conduits.
17. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 16, dans lequel le fluide circulant dans un conduit de transfert (22) cheminant une région (41 ) peut circuler dans un sens opposé au sens de circulation du fluide circulant dans les conduits de délestage (12') cheminant dans la même région.
18. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 17, dans lequel au moins une région (41 ) comprend une extrémité distale dans laquelle chemine uniquement des conduits de transfert (22).
19. Dispositif de stockage (10) selon l'une des revendications 1 à 18, dans lequel une couche isolante thermique est interposée entre chaque région (41 ) de sorte à minimiser les transferts d'énergie thermique entre lesdites régions (41 ).
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