Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
1~7~9
La presente invention est relative a un dls-
positif echangeur-stockeur de calories et/ou de frigories
par chaleur latente de fusion. Un tel disposi-tif est
plus particulierement destine aux installations necessi-
tant la mise en place d'une production des calories oudes frigories en quantites variables dans une periode
donnee, ces installations permettant de reduire dans des
proportions très importan-tes la puissance des appareils
destines à produire les calorles et/ou les frigories.
On pourra, à cet egard, se re:Eerer a la demande
de breve-t fran~ais publiee le 22 mai l9~1 sous le
n 2,469,678 par le present demandeur, qui vise une telle
installation. Ces installations necessitent des moyens
de stockage des calories et/ou des frigories produites,
celles-ci etant redistribuees en fonction des besoins, la
capacite de stockage etant choisie de façon que l'ins-
tallation :Eournisse, d'une man:i.ère instantanée, la
puissance instantanee maximale exigee par les charges
de l'installation.
L'invention a donc pour objet un dispositif
echangeur-stockeur de calories ou de frigories par cha
leur latente de fusion, comprenant deux elements
essentiels:
a) un conteneur, de preference cylindrique,
separe en deux capacites par une cloison longitudinale,
qui comprend, d'une part, une ouverture pour l'admission
du caloporteur, cette ouverture debouchant dans l'une des
dites capacites, et, d'autre part, une ouverture pour la
sortie du calopor-teur, debouchant dans l'autre capacite,
de telle façon que ce caloporteur circule a contre-courant
dans lesdites capacites;
b) une pluralité de conteneurs élémentaires
empilés dans.chacune des di-t.es capacités, ces conteneurs
elementaires etant remplis d'un agent de stocka~e des
frigories et/ou des calories presentant une forte chaleur
- 1 -
.~ .
: ' :
.
1~6~ 9
latente de ~usion.
Plus precisement, l'i.nvention revendiquee ici
est essentiellement un disposi~.i.f echangeur-stockeur
de calories ou de frigories par chaleur latente de
fusion, dispositif compor-tant:
- un conteneur principal de Lorme allongee
divise en deux capaci-tes par une cloison de separation
lon~itudinale, ces capacites étant reliees ensernhle à une
extremite dudit conteneur principal;
- une plurali-te de conteneurs elemen-taires
empiles dans lesdites capacites de maniere -telle qu'un
caloporteur circulant dans lesdi-tes capacites puisse
passer au-tour de ces conteneurs elementaires-en rencon-
trant une resistance homogène;
- chaque conteneur elementaire compor-tant deux
demi-sphères conEormees de ~açon telle que, lorsque
assemblées, elles laissent entre elles un in-terval:Le
permettant la circulation du caloporteur;
- chaque demi-sphère etan-t remplie d'un agen-t
de stockage de calories et/ou de fricJories presentan-t une
~orte chaleur en fusion,
- chaque demi-sphère etant realisee en un
materiau deformable permettant dlabsorber les variations
de volume resultant de la cristallisation, et
- chaque demi-sphère contenant une po.che d'air
: apte à produire une expansion propre au dispositif.
Selon une realisation de cette inven-tion, le
conteneur cylindrique comporte, à chacune de ses extre-
mites., une plaque pourvue d'ouvertures, notamment de
trous ou de fentes, destines à trans~ormer la pression
statique du caloporteur en une pression dynamique à son
entree dans ladite capacite, ceci afin d'assurer une
repartition homogène dudit caloporteur dans tout l'e-
changeur.
-- 2 --
,~ .
.. .. . .
.
:~ :
1 lS77 ~ 9
Selon une autre realisation de cet-te invention,
chaque conteneur elementaire constitue, par exemple, par
un parallelepipède rectangle, comporte, sur chacune de
ses grandes faces, un certain nombre de bossages
laissant, lors de l'empilage de ces conteneurs dans
l'echangeur,-un espace libre autorisant la libre circula-
tion du caloporteur dans l'interface.
D'autres caracteristiques et avantages de cette
invention ressortiront de la description faite ci après
en r~e~ference aux dessins annexes, qui en illustrent
divers exemples de realisation non limitatifs. Sur les
dessins:
- la Figure 1 est une vue schematique, en
élevation, d'un echangeur-stockeur selon l'invention;
- la Figure 2 est une vue en bout a plus
grande echelle, avec arrachement partiel, d'un echangeur-
stockeur selon la Figure l;
- les Figures 3 a 5 sont respectivement des
vues en plan, en elevation et en bout d'un exemple de
conteneur élementaire du dispositif
... . ....
.. ~ .... . . _.. . .
,, : .
'
.
'7 7 1 9
stockeur selon l'invention;
- la Figure 6 illustre une variante d'un détail de la Fi-
gure 2; et,
- la Figure 7 illustre une variante d'un conteneur élé-
m entair e .
En se référant aux dessins, et notamment aux Figures
l et 2, on voit que le dispositif stockeur-échangeur selon l'invention com-
prend un conteneur lO, de préférence cylindrique afin de mieux résister
aux pressions de service. La partie interne de ce conteneur lO est divisée
lO en deux enceintes 14-16 par l'intermédiaire d'une cloison de sépara,ion
longitudinale 12. ~ ses deux extrémités, le conteneur comporte des boites
à eau 36-38, constituées par des fonds bombés 32 et 33. Le fond bombé 33
est démontable, afin de permettre l'acc~s à l'intérieur de la virole cylin-
drique constituant l'échangeur lO. Le second fond bombé 32 est pourvu des
tuyauteries d'admission 18 et de sortie 20 du caloporteur. .Ainsi qU'On peut
le voir sur la Figure l, la tuyauterle d'admission 18 débouche dans la capa-
cité 14, et la tuyauterie d'évacuation 20 débouche dans la capacité 16. Grâce
à cette disposition, le caloporteur circule à contre-courant dans les en-
ceintes 14 et 16 de l'échangeur 10, comme représenté par le trajet en
traits interrompus.
A chacune des extrémités de la virole de l'échangeur lO,
on prévoit des plaques circulaires Z2, 24 percées d'ouvertures. Ces
plaques servent, d'une part à retenir dans l'échangeur les empilages de
conteneurs élémentaires 34, décrits plus loin, et, d'autre part, à présen-
ter, vis-à-vis du caloporteur admis dans l'échangeur lO, une résistance
importante par rapport à la résistance propre des autres éléInents du cir-
-- 3 --
' '
. ~ :
- -, .
.: ~
~)71 19
cuit emprunté par le caloporteur afin d'obtenir une répartition homogène
" du caloporteur dans l'échangeur, les ouvertures des plaques transforrnant
la pression statique du caloporteur, dans les bortes à eau 36-38, en une
pression dynamique dans chaque capacité 14-16. Les ouvertures pratiquées
dans les plaques circulaires peuvent être soit des trous Zl (plaque 22, Fi-
gure 2), soit des fentes 21' (plaque 22', Figure 6). L'échangeur-stockeur
comprend par ailleurs une vidange 26, une purge 28 et une sonde thermo-
métrique 30.
Dans chacune des capacités 14, 16 de l'échanget~r-
stockeur 10, on réalise, comme représenté à la Figure 2, des empilages
de conteneurs élémentaires 34, ce qui crée un échangeur à plaques.
On a représenté, aux E`igures 3 à 5, un exemple de réali-
sation d'un conteneur élémentaire 3~L. Celui-ci est constitué par un parallé-
lépipède rectangle en un matériau déformable (par exemple, métal ou poly-
éthylène) comportant un certain nombre de bossages tels que 40, laissant,
lors de l'empilage, un espace libre 42 (Figure S) permettant une libre cir-
culation du caloporteur dans l'interface. Les conteneurs élémentaires sont
remplis d'un milieu de stockage de l'énergie calorifique ou frigorifique à
forte chaleur latente de fusion. On peut utiliser à cet effet des sels hydra-
tés, et notamment un hydrate de soude, ou bien encore de l'eau.
De préférence, la capacité des conteneurs élémentaires
est faible, par exemple de l'ordre de 2 litres, ceci afin de réduire les con-
séquences néfastes d'une fuite
Selon l'invention, on interpose entre les empilages de
conteneurs élémentaires 34, dans l'échangeur-stockeur 10, et la virole
- 4 --
- .
.
', ' - ,
,
7~ 1 9
de cet échangeur, une plaque ~ de ~nousse de matière plastique, par
exemple de polyéther à très haut pouvoir de compressibilité, afin de réa-
liser un calage des conteneurs 3'L. Selon une autre caractéristique de cette
invention, chaque rangée ou multiple de rangées de conteneurs élémen-
taires peut être isolée de sa voisine en interposant une feuille de polyéthy-
lène, ce qui permet d'eviter d'éventuels courants de convection, ayant pour
effet de réduire le volulne drainé par le caloporteur dans l'échangeur 10.
Le dispositif décrit ci-dessus constitue un échangeur-
stockeur à plaques présentant un excellent coëfficient de remplissage ~su-
10 périeur à 75 %), dont le primaire est constitué par le caloporteur circulantdans les capacités 14-16, ce caloporteur, qui peut être de l'eau, étant uti-
lisé soit pour la charge de l'échangeur-stockeur, soit pour sa décharge,
suivant le sens des écarts de température. En effet, ce calopo:rteur pr~-
sente un écart de température vis-à-vis des températures de cristallisa-
tion du milieu COIltenu dans les conteneurs élémentaires 34, et, suivant que
cet écart est positif ou négatif, l'échangeur-stockeur se charge (cristallisa-
tion) ou se décharge (fusion). Cet échangeur permet d'obtenir une impor-
tante surface d'échange par rapport au volume du milieu de stockage des
conteneurs élémentaires; en effet, cette surface est de l'ordre de 1 m
20 pour 10 à 15 litres de produit de stockage.
Cet échangeur-stockeur peut présenter une puissance de
décharge beaucoup plus importante que la puissance de charge, le rapport
R de la puissance de décharge par rapport à la puissance de charge étant
délini par la f~rmole:
~I 5
:
..
.:
- . . . . ..
. . - .
., - - ~
' ' ~ ' ' ' ' ' ' : ' ' ' .
~ ~ B~ ~ L 9
P log te C - T
R = D = ~ tD ~es~ x tsC - T
C ~ tC (es) log teD - T
tsD - T
dans laquelle:
PD est la puissance de décharge;
C est la puissance de charge;
tD (es) est l'écart de telnpérature (entrée, sortie) lors de la décharge;
tC (es) est l'écart de température (entrée, sortie) lors de la charge;
teC est la température à l'entrée lors de la charge;
tsC est la température à la sortie lors de la charge;
teD est la température à l'entrée lors de la décharge;
tsD est la température à la sortie lors de la décharge; et,
T est la température de stockage.
On a indiqué plus haut que les conteneurs élémentaires étaient
réalisés en un matériau déformable: on sait en effet que, lors d'un change-
ment d'état (cristallisation - fusion), il se produit généralement une ~aria-
tion de densité, donc une variation de volume; ces variations sont donc
absorbées par l'enveloppe déformable des conteneurs 34. Dans le cas par-
ticulier de l'eau, qui présente une augmentation de volume de l'ordre de
9 % lors de la cristallisation, le problème lié à cette augmentation est
résolu en maintenant dans les conteneurs élémentaires une poche d'air qui
produit une expansion propre à l'échangeur-stockeur, Ceci permet de ra-
mener l'expansion nécessaire au circuit du caloporteur à des dimensions
raisonnables. Par ailleurs, on peut contrôler l'état de charge de l'échangeur-
stockeur (l'état du stock) en mesurant la pression résiduelle de réseau du
caloporteur En outre, le contrôle de la pression du caloporteur permet
- 6
:
~ 3 6~71 9
de controler le fluage de la glace, dans le cas de l'eau, ce clui maintient
à une valeur constante les espaces libres entre conteneurs élémentaires
34 .
Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas li-
mitée aux exemples de réalisation décrits et représentés, mais qu'elle en
englobe toutes les variantes.
C'est ainsi que, notamment, les conteneurs élémentaires
peuvent présenter toute forme voulue, à condition cependant de répondre
aux conditions suivantes:
10 - rapport surface extérieure d'échange/volume répondant aux exigences
de l'échange, environ 1 m de surface d'échange pour 10 litres;
- réalisation en un matériau déformable permettant d'absorber les varia-
tiorls de volume résultant cle la cristallisation;
- possibilité de réaliser un empilage homogène afin que le caloporteur
rencontre une résistance homog~ne lors de sa circulation, en vue d'évi-
ter des 2:ones non drainées lors de la charge ou de la décharge.
La Eigure 7 représente une variante d'un conteneur élé-
mentaire constitué de deux demi-sph~res 45-45' qui, après assemblage,
permettent la circulation du caloporteur à l'extérieur de la sphère obtenue
20 et entre les deux derni-sphères, dans l'intervalle 46.
Cette forme sphérique permet un auto-empilage dans le
conteneur principal cylindrique; elle permet également d'obtenir le rap-
port surface d'échange/volume précisé plus haut. Enfin, la section axiale
de la sphère est préformée de fac,on que:
- les nux d'échange ne soient pas trop éloignés du coeur à cristalliser;
- les variations de volume dues à la cristallisation soient absorbées par
: ~ :. . '. :
-,
.
7 1 ~
cette section sans déformation extérieure de la sph~re (partie en
traits interrompus, à la Figure 7).
- 8 --
~:
- - . -
- - ~
.
- :
., :
,
:` ~ - . ' , . . . . .
