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La présente invention a pour objet un procédé de
stockage de chaleur par chaleur latente consistant a emmagasiner
la chaleur provenant d'un fluide chaud par passage de ce fluide
dans un élement cle stockage -thermiquement iso]e. Cet elément de
stockage contient une substance capable de fusion/solidification
sous l'influence d'un apport ou d'une restitution de chaleur par
l'intermédiaire d'un fluidede balayage;le point de fusion de cette
substance correspond aux températures de fourniture et de consom-
mation de la chaleur.
Il est connu de stocker la chaleur produite par
diverses sources d'énergie, soit sous forme de chaleur sensible
d'un fluide, généralement de l'eau,ou d'un solide, par exemple
des galets, SOlt sous forme de chaleur latente de changement de
phase d'un corps approprie au niveau de temperature utilisé.
Le premier type de stockage nécessite des dispositifs
de volume important, la capacité calorifique des substances utili- ;
sées étant voisine de 0,5 cal.g l.(oC) 1, celle de l'eau atteignant
la valeur exceptionnelle de 1 cal.g .( C) . En outre, le niveau
de température de récupération de la chaleur stockee est nettement
~ ,. .
plus~ faible que celui d'apport de la chaleur par Ia source d'éner-
gie; d'autre part, dans le cas de solides comme les galets, une
: ::
grande résistance au transfert thermique entre le fluide calopor- ~
.
teur et le milieu stockant la chaleur vient encore obérer l'inté-
~rêt du procédé. -
Le stockage sous forme de chaleur latente de fusion
permet par contre de stocker beaucoup plus de chaleur par unité
de volume de stockage et de minimiser la perte de niveau de tem- -
pérature entre chaleur stockée et chaleur restituée. Le stockage
sous forme de chaleur latente de fu~ion a été largement étudié
pour une gamme de température très etendue en utilisant des subs-
tances très diverses, principalement des sels fusibles, des para-
fines, des pol~meres et des alliages métalliques.
-1-, ~' ' '
1~ 4333
. Cependant, une difficulté fondamentale des accumu-
lateurs de chaleur sour forme de chaleur latente réside dans
leur mise en oeuvre: si on utilise, par exemple, un récipient
parcouru par un serpentin au travers duquel circule le fluide
caloporteur et empli dlune substance susceptible de fondre ou
de se solidifier à une temperature compatible avec les apports
et les besoins de chaleur, les flux de chaleur aux parois.du
serpentin seront t~ès faibles en particulier dans la phase de
solidification correspondant à la restitution de chaleur, le
transfert de chaleux n'ayant lieu que par conduction au travers
d'uneepaisseur croissante de solide;,~ 7~
----- ... . . _ .
9~33;~
meme dans la phase de fusion correspondant au stockage de
chaleur, le transfert de chaleur n'a lieu que par conduction
et convection naturelles qui sont faibles du fait de la
viscosité genéralementelevee des substances, au voisinage de
leur point de solidification, en particulier des substances
a fusion pâteuse.
Pour pallier ces inconvenients et augmenter
au maximum le flux thermique entre le milieu stockant la
chaleur et le fluide caloporteur, il faut augmenter la sur-
face d'echange et diminuer l'epaisseur de ce milieu stockant.
Diverses solutions ont dejà ete proposees.
Une des plus connues consiste à encapsuler la substance
fusible sous forme d'un milieu granulaire: billes, ou -
spheroides, en general. Mais à moins d'utiliser des capsules -~
de tres faible diamètre ce qui pose un problème de micro-
encapsulation, et, de se limiter à des temperatures faibles -
car les substances permettant de réaliser simplement cette
encapsulation sont généralement des polymeres - cette solution
., . ~
n'a pas un grand intérêt.
` 20 Dans le procédé qui fait l'objet de la présente
invention, la substance fusible est absorbee sur un support
microporeux finement divise poudre, grains ou bâtonnets.
,
On constitue ainsi, un lit granulaire, au sein duquel, cir-
cule le fluide caloporteur, liquide ou gazeux.
~Le milieu stockant la chaleur se trouve
ainsi extrêmement divise: il en résulte une très grande
surface de contact et les grains n'ayant que 1 ou 2 mm de
diametre au maximum, l'épaisseur de solide au sein duquel a
lieu la conduction de chaleur est tr~s faible; il en
- .
résulte un coefficient global de transfert thermique très
élevé permettant un flu~ de transfert important entre le
fluide caloporteur et le milieu poreux au sein duquel a
2 -
........
333
lieu.la solidification.ou la ~usio~.de la substance stockant
la chaleur. D'autre part, l'ecoulemen:t du fluide caloporteur
au sein du lit granulaire peut être trèa.voisin.d'un écoule-.
ment piston, vu la taille des grains utilisés, facilitan.t
ainsi la mise en oeu~re de cycles stockage-déstockage~
avec un rendement élevé, et pour une perte de niveau thermique
minimale O ' '
Le support poreux est choisi en fonction.de sa
capacité d'absorption de la substance fusible et de la
stabilité de cette absorption en présence du fluide calopor-.
teur;. en particulier, on a soin de choisir un support poreux
.dont la mouillabilité par la substance fusible est nettement
~u~érieur a:.la_mou1llahili~ ar 1rr = _ _
,
.i ,
1~ 33
fluide caloporteur lorsque ce fluide est un liquide afin d'éviter
un déplacement fâcheux - même s'il est progressif - de la subs-
tance fusible dans les pores du milieu poreux et son entrainement
par le fluide caloporteur.
La granulométrie est choisie par optimisation de
différents critères liés à la perte de charge, au flux thermique, :.
a la taille et au coût de l'accumulateur. :
La figure unique décrit un dispositif permettant
la réalisation du procédé selon l'invention.
10 Le stockage s'effectue en faisant circuler le fluide :
caloporteur à travers le lit poreux dans le sens ~ figuré sur
la figure l; la restitution est effectuée en faisant:circuler
le fluide caloporteur soit dans le sens ~ : déstockage:sens direct,
; soit dans le sens ~ : déstockage sens inverse.
Dans cette figure 3 représente le récipient de
- stockage thermique isolé, 4 le lit granulaire, 5 les grilles, ou
plateaux de soutien et répartiteurs. ~ ~
On prend un soin particulier pour obtenir une bonne :~.
dispersion du fluide caloporteur dans.le lit granulaire afin ~ .:
d'éviter les cheminements préférentiels ou "renardages", s~lon les . ..
règles de l'art observées couramment en génie chimique.
: - L'intérêt d'un tel stockage est donc de disposer,
avec un flux thermique élevé, de la totalité de la capacite d~ ..
stockage sans variation importante de température.
- ~ A titre d'illustration non limitative, on peut citer : .
l'exemple suivant: . . .. .
EXEMPLE_1
La substance fusible est de la paraffine dont le polnt de fusion. ---.
est vois.in de 50 C. Elle est choisie pour être compatible avec
: 30 le stockage de l'énergie.solaire recueillie à des fins de chauffa-
ge domestique, chauffageà eau chaude, chauffage à air chaud, pour
~ - 3 - - .
.
' . ' ' ', ' ' ' '..... . ' , ', ' '.' ' ' . '. ',: ~ .. ' ' '
4333
lequel les problèmes de s.tockage sont particulierement difficiles
à resoudre.
Le milieu poreux'est du type charbon actif ou coke en grains ou
bâtonnets; il est aisé,de réaliser par immersion du solide dans
la paraffine, vers 150C, de préférence sous-vide, un remplissage
complet des pores par la paraffine; on obtient alors une absorp-
tion de 0/9 g de paraffine par g de charbon actlf.
La capacité de stockage sous forme de chaleur ,laten~e atteint ainsi
environ 15 KWh/m3; si on utilise une différence notable de tem-
pérature entre le stockage et le déstockage, on doit y ajouterla chaleur sensible de l'ensemble milieu poreux paraffine-fluide
.
:
~4~;~i3
~ . . .
caloporteur atteignant Q,75 K~hlm3 par degré Celsius
d'écart si le fluide caloporteur est l'eau et 0,25 KWh/m3
par degr~ Celsius d'écart.si le ~luide caloporteur est de
l'air.
On peut également utiliser ce type de stockage
a beaucoup plus haute température, avec des sels fondus .
impregnant un matériaux poreux, ou a tr8sbasse température
pour stocker des frigories
...
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