[go: up one dir, main page]

WO2011080490A2 - Dispositif de chauffage central solaire a accumulation d'energie - Google Patents

Dispositif de chauffage central solaire a accumulation d'energie Download PDF

Info

Publication number
WO2011080490A2
WO2011080490A2 PCT/FR2010/052934 FR2010052934W WO2011080490A2 WO 2011080490 A2 WO2011080490 A2 WO 2011080490A2 FR 2010052934 W FR2010052934 W FR 2010052934W WO 2011080490 A2 WO2011080490 A2 WO 2011080490A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
phase change
temperature
heating
thermal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2010/052934
Other languages
English (en)
Other versions
WO2011080490A3 (fr
Inventor
Antoine Candeias
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DEFI SYSTEMES
Original Assignee
DEFI SYSTEMES
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DEFI SYSTEMES filed Critical DEFI SYSTEMES
Publication of WO2011080490A2 publication Critical patent/WO2011080490A2/fr
Publication of WO2011080490A3 publication Critical patent/WO2011080490A3/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/48—Water heaters for central heating incorporating heaters for domestic water
    • F24H1/52—Water heaters for central heating incorporating heaters for domestic water incorporating heat exchangers for domestic water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H7/00—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release
    • F24H7/02—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid
    • F24H7/04—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid
    • F24H7/0408—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid using electrical energy supply
    • F24H7/0433—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid using electrical energy supply the transfer medium being water
    • F24H7/0441—Storage heaters, i.e. heaters in which the energy is stored as heat in masses for subsequent release the released heat being conveyed to a transfer fluid with forced circulation of the transfer fluid using electrical energy supply the transfer medium being water with supplementary heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/023—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/026—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat with different heat storage materials not coming into direct contact
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/08—Electric heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/14—Solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
    • F28D2020/0082—Multiple tanks arrangements, e.g. adjacent tanks, tank in tank
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20—Solar thermal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Definitions

  • the present invention relates to a thermal energy storage device for heating and producing hot water from solar energy.
  • the field of the invention is more particularly but not limited to that of the use of renewable energies and in particular solar for the purpose of domestic hot water production or industrial heating and buildings.
  • a combined solar heating system comprises:
  • thermal energy storage means such as, for example, a buffer tank
  • heat emitters such as low-temperature radiators, heating slabs, etc. ;
  • This system can be completely independent of the solar installation (chimney, wood stove, electric convectors, etc.). It can also be coupled, in which case the control can also manage the start-up and shutdown of the backup system depending on the sun, or the demand for heating or hot water. This is most often a conventional boiler, for example oil, gas, wood, or electric.
  • Energy storage remains one of the weak points of current installations. It is performed most often by heating a volume of water in a balloon, called precisely buffer.
  • the physical principle used for energy storage in this case is heat transfer by Sensitive Heat.
  • the material transfers or stores energy by varying its temperature without changing its state.
  • Phase Change Materials also known as MCPs
  • MCPs Phase Change Materials
  • phase change materials are starting to be fairly common, especially for domestic hot water systems.
  • systems offering hot water storage flasks in which are integrated modules containing a phase change material, based on hydrated salts, for example with a melting temperature of about 60 ° C to 70 ° C.
  • thermal conductivity Another important parameter in a thermal energy storage system is the thermal conductivity, which determines the ability of the system to transfer its energy.
  • MCPs have a low thermal conductivity, typically of the order of 0.15 W / (mK), which forces in current systems to break them into small volumes (for example microcapsules) to increase the contact area with the fluid.
  • One solution is to create composite materials consisting of a graphite matrix in which a PCM is integrated.
  • the graphite matrix substantially improves the thermal conductivity.
  • document EP 1837385 A2 of Christ et al. Discloses embodiments of such materials.
  • the graphite matrix may be anisotropic, so as to promote the thermal conductivity along certain axes of the material.
  • the overall efficiency of a combined heating system lies for a great deal in the optimal use of the available renewable (solar) energy, so that at least the extra (electric) energy is needed. It is therefore essential to optimize storage but also to minimize losses in the environment.
  • the energy is stored in volumes maintained at a substantially homogeneous temperature, such as for example hot water flasks. Even though the storage capacity is improved by the use of MCP, a large part of the volume is water with limited energy storage capacity. In addition, these balloons are at an internal temperature substantially different from that of the environment, resulting in significant insulation stresses and unavoidable thermal losses;
  • the auxiliary heating system is generally external to the solar heating device, such as a boiler installed in series or bypass on one of the water circuits or heat transfer fluid. This presents some advantages in terms of integration, regulation and overall energy efficiency.
  • the aim of the present invention is to propose an energy storage device for heating and producing hot water from solar energy, integrating all the functions into an optimized arrangement from the trade point of view. thermal and volume.
  • an energy storage heater comprising:
  • thermal materials able to accumulate and restore thermal energy by at least one of the following phenomena: change of temperature, change of phase,
  • first heat supply means comprising means for circulating a heat transfer fluid
  • second heat recovery means comprising, respectively, means for circulating a first and a second heating fluid
  • thermal materials are arranged, at least in one section, in substantially concentric layers,
  • the means for supplying and collecting heat are placed inside the thermal materials, and at a substantially increasing distance, at least in one section, from the center of the device in the following order: supply of heat, first means for taking up heat, second means for taking up heat.
  • the device further comprises second heat supply means comprising electric heating means arranged at a distance that is substantially closer, at least in one section, to the center of the device than the first means for supplying heat. heat.
  • the thermal materials may comprise:
  • phase change material whose phase change temperature is greater than 300 ° C, or even greater than 500 ° C, arranged so as to include at least part of the second heat supply means,
  • phase change material whose phase change temperature is between 100 ° C and 200 ° C, or even between 150 ° C and 180 ° C, arranged so as to include at least partly the first means of heat supply,
  • phase change material whose phase change temperature is between 50 ° C and 90 ° C, or even between 50 ° C and 70 ° C, arranged so as to encompass at least partly the first means of heat removal,
  • phase-change material whose phase-change temperature is between 25 ° C. and 50 ° C., or even between 28 ° C. and 40 ° C., arranged so as to encompass at least part of the second means heat removal,
  • a composite phase-change material of anisotropic structure arranged in such a way that its thermal conductivity is maximum along directions extending substantially from the center to the periphery of the device.
  • the device according to the invention can be:
  • the device according to the invention may further comprise means for heating the heat transfer fluid by solar heating, a domestic hot water circuit connected to the first heat extraction means, and a heating circuit with connected water circulation. the second means of heat removal.
  • the device implements materials having a large volume capacity of thermal energy storage, so as to be able to store solar energy for use in a volume and a minimum space requirement.
  • the materials are deposited in substantially concentric layers, and their thermal storage capacity is optimized for different temperatures depending on the layers (thanks in particular to the implementation of the invention).
  • phase change materials whose phase change temperature is judiciously chosen).
  • the optimum temperature of use is substantially decreasing from the center of the device towards its periphery, which allows a triple optimization:
  • the thermal storage is generally carried out in enclosures maintained at a substantially homogeneous temperature, and isolated from the environment to limit losses. Insulation constraints are then important because of the equally important thermal gradient between the interior of the device and the environment.
  • the means for supplying each cell and the sampling means are arranged in such a way as to keep the heart of the device at the highest temperature, to be allowed to settle.
  • a decreasing temperature gradient from the center to the periphery and taking the heat for different uses at a position in the enclosure q ui corresponds to the optimum temperature of use.
  • a source of energy supply comprising means for circulating a heat transfer fluid heated to a temperature of about 200 ° C, for example from an external solar heating device;
  • Another source of energy supply comprising an electrical resistance heating at a temperature of the order of 600 ° C. to 700 ° C. when it is supplied with an electric current derived for example from a wind turbine and / or from an electrical distribution network;
  • Heat extraction means for supplying a domestic hot water network for supplying a water at a temperature of about 50 ° C to 75 ° C.
  • all the thermal storage can be carried out in materials with a large storage capacity, so that this water is heated by circulating in a coil inside these materials, without the need for a storage tank. ;
  • all the thermal storage can be carried out in materials with a large storage capacity, so that the fluid is heated by circulation in a coil inside these materials.
  • the thermal storage capacities of the device according to the invention can be considerably improved by implementing phase change materials, whose phase change temperature is decreasing as a function of their position from the center to the periphery of the device, so as to allow the establishment of a thermal gradient and to allow storage of energy at an optimum temperature depending on their position.
  • an energy storage heating method implementing a device according to the invention, comprising:
  • thermal energy by at least one of the following phenomena: temperature change, phase change, applied to a plurality of suitable thermal materials,
  • the first heat input means for example connected to a renewable energy source such as solar energy
  • the second heat supply means for example of electrical origin, can be used in a manner such as to allow permanent operation of the device according to the invention even when a source of energy renewable is lacking.
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of the device according to the invention, shown in a sectional view
  • FIG. 2 illustrates the implementation of a device according to the invention in a domestic heating installation
  • FIG. 3 illustrates the temperature profile in a device according to the invention.
  • Figure 1 is a sectional view of the heart of a device according to the invention, which represents only the elements important for the description for the sake of clarity.
  • the energy storage module 1 comprises several stages 2, 3, 4, 5. These stages comprise storage materials for storing thermal energy by raising the temperature and, at least for some of them , ph en tran sation.
  • the stages 2, 3, 4, 5 also comprise either heat supply means 6, 9 or heat collection means 7, 8.
  • the energy storage module 1 is substantially cylindrical in shape, and the stages 2, 3, 4, 5 have the form of nested cylinders.
  • the electric heating stage 2 comprises an electrical resistance 9 able to reach a temperature of the order of 600 ° C. to 700 ° C., and connection means 10.
  • This electrical resistance 9 is surrounded by a ceramic-type material. or refractory.
  • the heat transfer fluid heating stage 3 comprises a coil 6 which allows the circulation of a coolant.
  • the coolant can be heated to a temperature of the order of 200 ° C, which corresponds to the temperature achievable by solar heating means.
  • the coil 6 is inserted in a phase change material, itself contained in a metal shell.
  • This phase change material may, without limitation, include a potassium-based hydrated salt with a phase change temperature of the order of 180 ° C.
  • the hot water production stage 4 comprises a coil 7 which allows the circulation of a fluid to be heated.
  • the coil 7 is inserted in a phase change material, itself contained in a metal shell.
  • This phase change material is intended to be heated to a temperature of up to 100 ° C. It may advantageously comprise a paraffin, with a phase change temperature of the order of 70 ° C.
  • the hot water production stage 4 is preferably intended to produce domestic hot water, which circulates under pressure inside the coil 7.
  • the length and the diameter of the coil 7 are calculated so as to allow a heat exchange which leads to an increase in the temperature of the water during its journey in the device, which is of the order of 40 ° C or more (60 ° C or 70 ° C) with the possibility of mixing out with cold water.
  • the heating stage 5 comprises a coil 8 which allows the circulation of a fluid to be heated.
  • the coil 8 is inserted in a phase change material, itself contained in a metal shell.
  • This phase change material is intended to be heated to a temperature of the order of 35 ° C. It may advantageously comprise a zeolite, with a phase change temperature of the order of 30 ° C.
  • the heating stage 5 is preferably intended for supplying a closed circuit domestic heating installation, in which case the fluid is preferably deionized water. This fluid must be brought to a temperature of the order of 35 ° C to supply radiators, or 30 ° C for floor heating systems.
  • a domestic heating device comprises:
  • a solar panel 2 disposed for example on a roof or on a floor surface exposed to the sun.
  • This panel preferably matte black, is enclosed in a partially transparent enclosure, similar to a greenhouse, so that it best pter solar radiation. It comprises a coil connected to the coil 6, in which circulates the coolant whose circulation is provided by the pump 25;
  • This power supply source 21 can be used as a point of reference relative to the electrical network and used when the solar radiation is not enough. It can also be a source of electricity of renewable origin, for example aeolian;
  • a domestic hot water circuit 22 connected to one end of the coil 7, the other end being connected to the pressurized water supply network;
  • a central heating circuit connected to the coil 8, and comprising radiators 23 (or ground heating means) and a pump 24 for circulating the fluid.
  • FIG. 3 illustrates the operation of the device according to the invention. It represents the temperatures provided inside the accumulation module 1 along an axis Pos running from the center to the periphery of the module 1.
  • FIG. 3 is only illustrative, the actual temperature profiles being simply approximated therein. by rights.
  • the temperature profile inside the module 1 in use, along the axis Pos, is substantially decreasing as a function of the Pos position, by a maximum value towards the center of the module (position EL corresponding to the electrical resistance 9) to a minimum value close to the ambient temperature Tarn at the periphery of the module (AM position).
  • the operation of the device is optimal when the temperatures are maintained between the lower and upper limits 31, ie for each of the stages:
  • the device includes time probes that measure at least one of the fluid temperatures flowing in the coils 7 and 8. If a measured temperature is outside its preferred range (for example, Tch or Tec), the heat supply means are regulated accordingly. This regulation can relate for example to the flow rate or the temperature of the coolant in the coil 6, and / or the use of the heating resistor 9.
  • the energy storage module 1 can be of any shape
  • the layers or stages can be of substantially concentric disposition according to at least one section
  • the layers or stages can be of any number, and in any configurations of supply and of any heat extraction according to a temperature profile which decreases substantially from the center to the periphery of the energy storage module 1,
  • the electric heating stage 2 may comprise a solid-solid phase-change material
  • the heat transfer fluid heating stage 3 may comprise a composite phase change material, consisting of a graphite matrix in which the MCP is integrated, so as to substantially improve the thermal conductivity around the coil 6,
  • the heat transfer fluid heating stage 3 may comprise a composite phase-change material consisting of an anisotropic graphite matrix in which the PCM is integrated, so as to substantially improve the thermal conductivity around the coil 6 mainly according to certain axes or directions, in particular radial, the heat transfer fluid heating stage 3 may comprise a refractory material,
  • the hot water production stage 4 may comprise a composite phase-change material consisting of a graphite matrix in which the MCP is integrated, so as to substantially improve the thermal conductivity around the coil 7,
  • the hot water production stage 4 may comprise a composite phase-change material consisting of an anisotropic graphite matrix in which the MCP is integrated, so as to substantially improve the thermal conductivity around the coil 7 mainly according to certain axes or directions, in particular radial,
  • the hot water production stage 4 can comprise a material of ceramic or sand type
  • the heating stage 5 may comprise a ceramic-type material; a slightly insulating film, of a mica-type material, for example, may be placed between the heat-transfer heating stage 3 and the production stage; of hot water 4, so as to limit the thermal conductivity between the heat-transfer stages 2, 3 and the heat-extraction stages 4, 5,
  • the coolant circulating in the coil 6 can be heated by geothermal or any other means,
  • the coils 6, 7, 8 may be of any shape and any material allowing a circulation of fluids and appropriate thermal exchanges,
  • the coil 6 can be connected to an external boiler which maintains the temperature of the coolant when the renewable heating means 20 do not allow it.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de chauffage à accumulation d'énergie comprenant une pluralité de matériaux thermiques aptes à accumuler et restituer de l'énergie thermique par au moins l'un des phénomènes suivants: changement de température, changement de phase, des premiers moyens d'apport de chaleur comprenant des moyens de circulation d'un fluide caloporteur, des premiers et des seconds moyens de prélèvement de chaleur comprenant, respectivement, des moyens de circulation d'un premier et d'un second fluide de chauffage. Les matériaux thermiques sont disposés, au moins selon une section, selon des couches sensiblement concentriques, et les moyens d'apport et de prélèvement de chaleur sont disposés à l'intérieur des matériaux thermiques, et à une distance sensiblement croissante, au moins selon une section, du centre du dispositif dans l'ordre suivant: premiers moyens d'apport de chaleur, premiers moyens de prélèvement de chaleur, seconds moyens de prélèvement de chaleur. L'invention concerne aussi un procédé mis en œuvre dans ce dispositif ou cet appareil.

Description

« Dispositif de chauffage central solaire à accumulation d'énergie »
Domaine technique
La présente invention concerne un d ispositif à accumulation d'énergie thermique pour le chauffage et la production d'eau chaude à partir d'énergie solaire.
Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui de l'util isation des énergies renouvelables et en particulier solaire à des fins de production d'eau chaude domestique voire industrielle et de chauffage de bâtiments.
Etat de la technique antérieure
Le remplacement des sources d 'énerg ies fossiles pa r des énerg ies renouvelables pour le chauffage des bâtiments et la production d'eau chaude domestique et/ou industrielle représente un enjeu important dans le cadre des préoccupations actuelles relatives à l'économie des énergies fossiles et la limitation des émissions de gaz à effet de serre.
Parmi les sources d'énergies renouvelables disponibles, l'énergie solaire représente une alternative très prometteuse. L'utilisation de cette énergie solaire à des fins de production d'eau chaude, aussi bien pour des besoins individuels que pour des besoins collectifs, est déjà devenue très courante. Son utilisation combinée pour le chauffage est également d'intérêt croissant. En effet on estime qu'un système solaire combiné (produisant eau chaude et chauffage) peut couvrir de 20 à 40 % des besoins annuels, selon la région et la taille de l'installation.
De manière habituelle, u n système de chauffage solaire combiné comprend :
- des capteurs solaires thermiques, d ont l a fon ction est de capter le rayonnement solaire et de le transformer en chaleur, pour chauffer l'eau sanitaire et/ou alimenter un système de chauffage. Ces capteurs ont le plus souvent la forme d'un coffre rigide et vitré à l'intérieur duquel une plaque et des tubes métalliques noirs reçoivent le rayonnement solaire et chauffent un liquide caloporteur ;
- des moyens de distribution d'eau chaude pour l'utilisation domestique ou le chauffage, par un réseau de tuyauteries semblable à celui utilisé dans les systèmes basés sur des chaudières classiques ; - des moyens de stockage de l'énergie thermique tels que par exemple un ballon-tampon ;
- pour le chauffage, des émetteurs de chaleur tels que des radiateurs à basse température, des dalles chauffantes, etc. ;
- une régulation ;
- un système d'appoint qui permet de pallier les insuffisances du rayonnement solaire. Ce système peut être totalement indépendant de l'installation solaire (cheminée, poêle à bois, convecteurs électriques, etc.). Il peut également y être couplé, auquel cas la régulation peut gérer également la mise en route et l'arrêt du système d'appoint en fonction de l'ensoleillement, ou de la demande en chauffage ou en eau chaude sanitaire. Il s'agit le plus souvent alors d'une chaudière classique, par exemple au fioul, au gaz, au bois, ou électrique.
L'inconvénient de l'énergie solaire, comme de beaucoup d'énergies renouvelables, est que sa disponibilité dans le temps n'est pas maîtrisable et surtout ne coïncide pas toujours avec les besoins. Il est donc nécessaire de la stocker en vue de son utilisation ultérieure.
Le stockage d'énergie reste un des points faibles des installations actuelles. Il est effectué le plus souvent en chauffant un volume d'eau dans un ballon, appelé précisément ballon-tampon. Le principe physique utilisé pour le stockage d'énergie dans ce cas est le transfert thermique par Chaleur Sensible. Le matériau cède ou stocke de l'énergie par variation de sa température, sans changer d'état. La grandeur utilisée pour quantifier la Chaleur Sensible échangée par un matériau est la Chaleur Massique, usuellement notée Cp et exprimée en J/(kg.K). Dans le cas de l'eau, Cp = 4186 J/(kg.K).
Il est également possible de stocker de l'énergie dans un matériau en mettant à profit ses changements de phase ou d'état, c'est-à-dire ses transitions entre les états gazeux, liquide et solide, voire entre des états solides. Le principe physique utilisé dans ce cas est le transfert thermique par Chaleur Latente. Le matériau stocke ou cède de l'énergie par simple changement d'état, tout en conservant une température constante, celle du changement d'état. La grandeur utilisée pour quantifier la Chaleur Latente échangée par un matériau est la Chaleur Latente de Changement de Phase usuellement notée Lf pour un changement de phase Liquide/Solide, et exprimée en J/kg. Le potentiel de stockage d'énergie par Chaleur Latente est sensiblement plus élevé que par Chaleur Sensible. Par exemple dans le cas de l'eau, Lf = 330 x 103 J/kg.
Les Matériaux à Changement de Phase (également appelés MCP) commencent à être d'un usage assez courant, notamment pour les systèmes de production d'eau chaude domestique. On trouve par exemple des systèmes proposant des ballons de stockage d'eau chaude dans lesquels sont intégrés des modules renfermant un matériau à changement de phase, à base de sels hydratés par exemple avec une température de fusion de l'ordre de 60°C à 70°C.
Un autre paramètre important dans un système de stockage d'énergie thermique est la conductivité thermique, qui détermine la capacité du système à transférer son énergie. Malheureusement les MCP ont une conductivité thermique faible, typiquement de l'ordre de 0,15 W/(m.K), ce qui oblige dans les systèmes actuels à les fractionner en petits volumes (par exemple des microcapsules) pour augmenter la surface de contact avec le fluide.
Une solution consiste à créer des matériaux composites constitués d'une matrice de graphite dans laquelle est intégré un MCP. La matrice de graphite améliore sensiblement la conductivité thermique. On connaît par exemple le document EP 1837385 A2 de Christ et al., qui décrit des modes de réalisation de tels matériaux. Suivant d'autres modes de réalisation, tels que par exemple décrit dans le document US 7,735,301 B2 de Bâcher et al., la matrice de graphite peut être anisotrope, de telle sorte à favoriser la conductivité thermique selon certains axes du matériau.
L'efficacité globale d'un dispositif de chauffage combiné réside pour beaucoup dans une utilisation optimale de l'énergie renouvelable (solaire) disponible, de telle sorte à recourir au minimum à l'énergie d'appoint (électrique). Il est donc fondamental d'optimiser le stockage mais aussi de minimiser les pertes dans l'environnement.
Au-delà de la technologie et des matériaux utilisés pour améliorer le stockage d'énergie, la plupart des dispositifs actuels de chauffage combiné présentent un certain nombre de limitations dues au fait qu'ils sont réalisés pour beaucoup par combinaison d'éléments classiques préexistants : - l'énergie est stockée dans des volumes maintenus à une température sensiblement homogène, tels q ue pa r exemple des ballons d'eau chaude. Même si la capacité de stockage est améliorée par l'usage de MCP, une grande partie du volume est constituée par l'eau dont la capacité de stockage d'énergie est limitée. De plus, ces ballons sont à une température interne sensiblement différente de celle de l'environnement, avec pour conséquences des contraintes d'isolations importantes et des pertes thermiques inévitables ;
- le système de chauffage d'appoint est en général externe au dispositif de chauffage solaire, comme par exemple une chaudière installée en série ou en dérivation sur l'un des circuits d'eau ou de fluide caloporteur. Cela présente des i n convén ients en termes d'intégration, de régulation et d'efficacité énergétique globale.
Le b ut d e l a p résente i n venti o n est d e pro poser u n d ispositif à accumulation d'énergie pour le chauffage et la production d'eau chaude à partir d'énergie solaire, intégrant toutes les fonctions dans une disposition optimisée du point de vue des échanges thermiques et du volume.
Exposé de l'invention
Cet objectif est atteint avec un dispositif de chauffage à accumulation d'énergie comprenant :
- une pluralité de matériaux thermiques aptes à accumuler et restituer de l'énergie thermique par au moins l'un des phénomènes suivants : changement de température, changement de phase,
- des premiers moyens d'apport de chaleur comprenant des moyens de circulation d'un fluide caloporteur, et
- d es p rem ie rs et d es seconds moyens de prélèvement de chaleur comprenant, respectivement, des moyens de circulation d'un premier et d'un second fluide de chauffage,
caractérisé en ce que :
- lesdits matériaux thermiques sont disposés, au moins selon une section, selon des couches sensiblement concentriques,
- les moyens d'apport et de prélèvement de chaleur sont disposés à l 'intérieur des matériaux thermiq ues, et à une distance sensiblement croissante, au moins selon une section, du centre du dispositif dans l'ordre suivant : p remiers moyens d'apport de chaleur, premiers moyens de prélèvement de chaleur, seconds moyens de prélèvement de chaleur. De manière préférentielle, le dispositif comprend en outre des seconds moyens d'apport de chaleur comprenant des moyens de chauffage électrique, disposés à une distance sensiblement plus proche, au moins selon une section, du centre du dispositif que les premiers moyens d'apport de chaleur.
Suivant des caractéristiques particulières, les matériaux thermiques peuvent comprendre :
- un matériau à changement de phase dont la température de changement de phase est supérieure à 300°C, ou même supérieure à 500°C, disposé de telle sorte à englober au moins en partie les seconds moyens d'apport de chaleur,
- un matériau à changement de phase dont la température de changement de phase est comprise entre 100°C et 200°C, ou même entre 150°C et 180°C, disposé de telle sorte à englober au moins en partie les premiers moyens d'apport de chaleur,
- un matériau à changement de phase dont la température de changement de phase est comprise entre 50°C et 90°C, ou même entre 50°C et 70°C, disposé de telle sorte à englober au moins en partie les premiers moyens de prélèvement de chaleur,
- un matériau à changement de phase, dont la température de changement de phase est comprise entre 25°C et 50°C, ou même entre 28°C et 40°C, disposé de telle sorte à englober au moins en partie les seconds moyens de prélèvement de chaleur,
- un matériau à changement de phase composite à matrice de carbone,
- un matériau à changement de phase composite de structure anisotrope, disposé de telle sorte que sa conductivité thermique est maximale selon des directions allant sensiblement du centre vers la périphérie du dispositif.
Le dispositif selon l'invention peut être :
- de forme sensiblement sphérique,
- de forme sensiblement allongée, et sensiblement de l'une des sections suivantes : circulaire, rectangulaire.
Avantageusement, le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens de chauffage du fluide caloporteur par chauffage solaire, un circuit d'eau chaude domestique relié aux premiers moyens de prélèvement de chaleur, et un circuit de chauffage à circulation d'eau relié aux seconds moyens de prélèvement de chaleur. Suivant un aspect avantageux de l'invention, le dispositif met en œuvre des matériaux ayant une grande capacité volumique de stockage d'énergie thermique, de telle sorte à pouvoir emmagasiner l'énergie solaire à des fins d'utilisation différée dans un volume et un encombrement minimum.
Suivant un autre aspect particulièrement avantageux de l'invention, les matériaux sont d isposés en couches sensiblement concentriques, et leu r capacité de stockage therm iq ue est opti misée pou r des températures différentes en fonction des couches (grâce notamment à la mise en œuvre de matériaux à changement de phase dont la température de changement de phase est judicieusement choisie). La température optimale d'utilisation est sensiblement décroissante du centre du dispositif vers sa périphérie ce qui permet de réaliser une triple optimisation :
- optimisation des pertes thermiques, dans la mesure où les zones les moins chaudes sont à la périphérie du dispositif, donc à une température proche de la température ambiante de telle sorte à limiter les pertes dans l'environnement,
- utilisation optimale des sources d'énergie en fonction de leurs caractéristiques thermiques propres, et en particulier de leur température,
- util isation de cette énerg ie à des températures optimales pour son application.
Comme décrit précédemment, dans les dispositifs de l'art antérieur le stockage thermique est effectué en général dans des enceintes maintenues à une température sensiblement homogène, et isolées de l'environnement pour limiter les pertes. Les contraintes d'isolation sont alors importantes du fait du gradient thermique également important existant entre l'intérieur du dispositif et l'environnement.
Dans le dispositif selon l'invention, au contraire, les moyens d'apport de cha leu r et les moyens de prélèvements sont d isposés de tel le sorte à maintenir le cœur du dispositif à la température la plus élevée, à laisser s'établir un gradient de température décroissant du centre vers la périphérie et à prélever la chaleur pour les différentes utilisations à une position dans l'enceinte q ui correspond à la température optimale d'utilisation . De cette manière, il est possible d'inclure dans un même dispositif et de coupler de manière optimale: - une source d'apport d'énergie comprenant des moyens de circulation d'un fluide caloporteur chauffé à une température de l'ordre de 200°C, par exemple issu d'un dispositif de chauffage solaire extérieur ;
- une autre source d'apport d'énergie comprenant une résistance électrique chauffant à une température de l'ordre de 600°C à 700°C lorsqu'elle est alimentée par un courant électrique issu par exemple d'une éolienne et/ou d'un réseau de distribution électrique ;
- des moyens de prélèvement de chaleur pour alimenter un réseau d'eau chaude domestique, destiné à fournir une eau à une température de l'ordre de 50°C à 75°C. Avantageusement, tout le stockage thermique peut être effectué dans des matériaux à grande capacité de stockage, de telle sorte que échauffement de cette eau est effectué par circulation dans un serpentin à l'intérieur de ces matériaux, sans qu'un ballon de stockage soit indispensable ;
- des moyens de prélèvement de chaleur pour un réseau de circulation de fluide destiné au chauffage, et fournissant un fluide à une température de l'ordre de 28°C à 40°C. Cette température est optimale par exemple pour alimenter un dispositif de chauffage au sol. Avantageusement, tout le stockage thermique peut être effectué dans des matériaux à grande capacité de stockage, de telle sorte que échauffement du fluide est effectué par circulation dans un serpentin à l'intérieur de ces matériaux.
Avantageusement, les capacités de stockage thermique du dispositif selon l'invention peuvent être considérablement améliorées en mettant en œuvre des matériaux à changement de phase, dont la température de changement de phase est décroissante en fonction de leur position du centre vers la périphérie du dispositif, de telle sorte à permettre l'établissement d'un gradient thermique et à permettre un stockage d'énergie à une température optimale en fonction de leur position.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de chauffage à accumulation d'énergie, mettant en œuvre un dispositif selon l'invention, comprenant :
- une accumulation et restitution d'énergie thermique par au moins l'un des phénomènes suivants : changement de température, changement de phase, appliqués à une pluralité de matériaux thermiques appropriés,
- un apport de chaleur via une circulation d'un fluide caloporteur, - un apport de chaleur via des moyens de chauffage électrique,
- un prélèvement de chaleur via des circu lations respectivement d'un premier et d'un second fluide de chauffage,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre des étapes de :
- mesure de la température d'au moins l'un desdits premiers et seconds fluides de chauffage,
- activation de l'apport de chaleur via les moyens de chauffage électrique lorsque ladite température est inférieure à une température prédéterminée.
Ainsi les premiers moyens d'apport de chaleur, par exemple reliés à une source d'énergie renouvelable telle que l'énergie solaire, peuvent être utilisés en priorité. Les seconds moyens d'apport de chaleur, par exemple d'origine électrique, peuvent être utilisés de man ière su bsid iai re, de tel le sorte à permettre un fonctionnement permanent du dispositif selon l'invention même lorsqu'une source d'énergie renouvelable fait défaut.
Description des figures et modes de réalisation
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
- la figure 1 illustre un mode de réalisation de dispositif selon l'invention, représenté selon une vue en coupe ;
- la figure 2 illustre la mise en œuvre d'un dispositif selon l'invention dans une installation de chauffage domestique ; et
- la fig ure 3 ill ustre le profil des températures dans un dispositif selon l'invention.
On va tout d 'abord décrire, en référence à la fig ure 1 , u n mode de réalisation de dispositif selon l'invention. La figure 1 est une vue en coupe du cœur d'un dispositif selon l'invention, qui ne représente q ue les éléments importants pour la description dans un but de clarté.
Le module d'accumulation d'énergie 1 comprend plusieurs étages 2, 3, 4, 5. Ces étages comprennent des matéria ux a ptes à stocker de l 'énerg ie thermique par élévation de température et, au moins pour certains d'entre eux, pa r cha n gement de ph ase . Les étages 2 , 3 , 4 , 5 comprennent également, soit des moyens d'apport de chaleur 6, 9, soit des moyens de prélèvement de chaleur 7, 8. Suivant le mode de réalisation de la figure 1, le module d'accumulation d'énergie 1 est de forme sensiblement cylindrique, et les étages 2, 3, 4, 5 ont la forme de cylindres emboîtés.
On va décrire les différents étages 2, 3, 4, 5 dans l'ordre où ils sont disposés, du centre vers la périphérie du module 1.
L'étage de chauffage électrique 2 comprend une résistance électrique 9 apte à atteindre une température de l'ordre de 600°C à 700°C, et des moyens de connexion 10. Cette résistance électrique 9 est entourée d'un matériau de type céramique ou réfractaire.
L'étage de chauffage par fluide caloporteur 3 comprend un serpentin 6 qui permet la circulation d'un fluide caloporteur. Le fluide caloporteur peut être porté à une température de l'ordre de 200°C, qui correspond à la température atteignable par des moyens de chauffage solaire. Le serpentin 6 est inséré dans un matériau à changement de phase, lui-même contenu dans une coque métallique. Ce matériau à changement de phase peut, de manière non limitative, comprendre un sel hydraté à base de potassium avec une température de changement de phase de l'ordre de 180°C.
L'étage de production d'eau chaude 4 comprend un serpentin 7 qui permet la circulation d'un fluide à réchauffer. Le serpentin 7 est inséré dans un matériau à changement de phase, lui-même contenu dans une coque métallique. Ce matériau à changement de phase est destiné à être porté à une température jusqu'à 100 °C. Il peut avantageusement comprendre une paraffine, avec une température de changement de phase de l'ordre de 70 °C.
L'étage de production d'eau chaude 4 est de préférence destiné à produire de l'eau chaude domestique, qui circule sous pression à l'intérieur du serpentin 7. La longueur et le diamètre du serpentin 7 sont calculés de telle sorte à permettre un échange thermique qui conduit à une élévation de la température de l'eau au cours de son trajet dans le dispositif, qui est de l'ordre de 40°C voire plus (60°C ou 70°C) avec la possibilité de mélange en sortie avec de l'eau froide.
L'étage de chauffage 5 comprend un serpentin 8 qui permet la circulation d'un fluide à réchauffer. Le serpentin 8 est inséré dans un matériau à changement de phase, lui-même contenu dans une coque métallique. Ce matériau à changement de phase est destiné à être porté à une température de l'ordre de 35 °C. Il peut avantageusement comprendre un zéolithe, avec une température de changement de phase de l'ordre de 30 °C.
L'étage de chauffage 5 est de préférence desti né à al imenter u ne installation de chauffage domestique en circuit fermé auquel cas le fluide est de préférence de l 'eau déminéral isée. Ce fl u ide d oit être porté à u n e température de l'ordre de 35°C pour alimenter des radiateurs, voire 30°C pour les installations de chauffage au sol.
En référence à la figure 2, un dispositif de chauffage domestique selon l'invention comprend :
- le module d'accumulation d'énergie 1 ;
- un panneau solaire 2 disposé par exemple sur un toit ou sur une surface au sol exposée au soleil. Ce panneau, de préférence de couleur noire mat, est enfermé dans une enceinte en partie transparente, semblable à une serre, de tel le sorte à ca pter au mieux le rayonnement solaire. Il comprend un serpentin relié au serpentin 6, dans lequel circule le fluide caloporteur dont la circulation est assurée par la pompe 25 ;
- une source d'alimentation électrique 21 reliée à la résistance 9 par les moyens de connexion 10. Cette source d'alimentation électrique 21 peut être u ne sou rce d 'a ppoint rel iée a u résea u électriq ue et utilisée lorsque le rayonnement solaire n'est pas suffisant. Ce peut être également une source d'électricité d'origine renouvelable, par exemple éolienne ;
- un circuit d'eau chaude domestique 22 relié à une extrémité du serpentin 7, l'autre extrémité étant reliée au réseau d'adduction d'eau sous pression ;
- un circuit de chauffage central relié au serpentin 8, et comprenant des radiateurs 23 (ou des moyens de chauffage au sol) et une pompe 24 pour la mise en circulation du fluide.
La figure 3 illustre le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Elle représente les températures prévues à l'intérieur du module d'accumulation 1 selon un axe Pos allant du centre vers la périphérie du module 1. La figure 3 n'est q u'il lustrative, les profils de température réels y étant simplement approximés par des droites.
Le profil de température à l'intérieur du module 1 en cours d'utilisation, selon l'axe Pos, est sensiblement décroissant en fonction de la position Pos, d'une valeur maximale vers le centre du module (position EL correspondant à la résistance électrique 9) à une valeur minimale proche de la température ambiante Tarn à la périphérie du module (position AM).
Le fonctionnement du dispositif est optimal lorsque les températures sont maintenues entre les limites inférieures 30 et supérieures 31, soit pour chacun des étages :
- une gamme de températures Tel pour l'étage 2 (position EL),
- une gamme de températures Tso pour l'étage 3 (position SO),
- une gamme de températures Tec pour l'étage 4 (position EC),
- une gamme de températures Tch pour l'étage 5 (position CH).
Pour cel a , le d ispositif com prend des sondes de tem pératu re q u i mesurent au moins l'u ne des températures des fl uides circulant dans les serpentins 7 et 8. Si une température mesurée sort de sa plage préférentielle (par exemple Tch ou Tec), les moyens d'apport de chaleur sont régulés en conséq uence. Cette régulation peut porter par exemple sur le débit ou la température du fluide caloporteur dans le serpentin 6, et/ou l'utilisation de la résistance chauffante 9.
Suivant des modes de réalisation particuliers,
- le module d'accumulation d'énergie 1 peut être de toute forme,
- les couches ou étages peuvent être de disposition sensiblement concentrique selon au moins une section quelconque,
- les couches ou étages peuvent être d'un nombre quelconque, et selon des configurations d'apport et de prélèvement de chaleur quelconques suivant un profil de températures sensiblement décroissant du centre vers la périphérie du module d'accumulation d'énergie 1,
- l'étage de chauffage électrique 2 peut comprendre un matériau à changement de phase solide-solide,
- l 'étage de chauffage par fluide caloporteur 3 peut comprendre un matériau à changement de phase composite, constitué d'une matrice de graphite dans laquelle est intégré le MCP, de telle sorte à améliorer sensiblement la conductivité thermique autour du serpentin 6,
- l'étage de chauffage par fluide caloporteur 3 peut comprendre un matériau à changement de phase composite, constitué d'une matrice de graphite anisotrope dans laquelle est intégré le MCP, de telle sorte à améliorer sensiblement la conductivité thermique autour du serpentin 6 principalement selon certains axes ou certaines directions, en particulier radiales, - l'étage de chauffage par fluide caloporteur 3 peut comprendre un matériau réfracta ire,
- l'étage de production d'eau chaude 4 peut comprendre un matériau à changement de phase composite, constitué d'une matrice de graphite dans laquelle est intégré le MCP, de telle sorte à améliorer sensiblement la conductivité thermique autour du serpentin 7,
- l'étage de production d'eau chaude 4 peut comprendre un matériau à changement de phase composite, constitué d'une matrice de graphite anisotrope dans laquelle est intégré le MCP, de telle sorte à améliorer sensiblement la conductivité thermique autour du serpentin 7 principalement selon certains axes ou certaines directions, en particulier radiales,
- l'étage de production d'eau chaude 4 peut comprendre un matériau de type céramique ou sable,
- l'étage de chauffage 5 peut comprendre un matériau de type céramique, - une pellicule légèrement isolante, d'un matériau de type mica par exemple, peut être placée entre l'étage de chauffage par fluide caloporteur 3 et l'étage de production d'eau chaude 4, de telle sorte à limiter la conductivité thermique entre les étages de d'apport de chaleur 2, 3 et les étages de prélèvement de chaleur 4, 5,
- le fluide caloporteur circulant dans le serpentin 6 peut être chauffé par géothermie ou tout autre moyen,
- les serpentins 6, 7, 8 peuvent être de toute forme et de tous matériaux permettant une circulation de fluides et des échanges thermiques appropriés,
- le serpentin 6 peut être relié à une chaudière externe qui maintient la température du fluide caloporteur lorsque les moyens de chauffage renouvelables 20 ne le permettent pas.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de chauffage à accumulation d'énergie comprenant :
- une pluralité de matériaux thermiques (2, 3, 4, 5) aptes à accumuler et restituer de l'énergie thermique par au moins l'un des phénomènes suivants : changement de température, changement de phase,
- des premiers moyens d'apport de chaleur (6) comprenant des moyens de circulation d'un fluide caloporteur, et
- des premiers (7) et des seconds (8) moyens de prélèvement de chaleur comprenant, respectivement, des moyens de circulation d'un premier et d'un second fluide de chauffage,
caractérisé en ce que :
- lesdits matériaux thermiques (2, 3, 4, 5) sont disposés, au moins selon une section, selon des couches sensiblement concentriques,
- les moyens d'apport (6) et de prélèvement (7, 8) de chaleur sont disposés à l'intérieur des matériaux thermiques (2, 3, 4, 5), et à une distance sensiblement croissante, au moins selon une section, du centre du dispositif (1) dans l'ordre suivant : premiers moyens d'apport de chaleur (6), premiers moyens de prélèvement de chaleur (7), seconds moyens de prélèvement de chaleur (8).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des seconds moyens d'apport de chaleur comprenant des moyens de chauffage électrique (9), disposés à une distance sensiblement plus proche, au moins selon une section, du centre du dispositif (1) que les premiers moyens d'apport de chaleur (6).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les matériaux thermiques comprennent un matériau à changement de phase (2) dont la température de changement de phase est supérieure à 300°C, disposé de telle sorte à englober au moins en partie les seconds moyens d'apport de chaleur (9).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les matériaux thermiques comprennent un matériau à changement de phase (3) dont la température de changement de phase est comprise entre 100°C et 200°C, d isposé de tel le sorte à eng l ober au moi ns en pa rtie les premiers moyens d'apport de chaleur (6) .
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les matériaux thermiques comprennent un matériau à changement de phase (4) dont la température de changement de phase est comprise entre 50°C et 90°C, disposé de telle sorte à englober au moins en partie les premiers moyens de prélèvement de chaleur (7) .
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les matériaux thermiques comprennent un matériau à changement de phase (5), dont la température de changement de phase est comprise entre 25° C et 50°C, d isposé de tel le sorte à eng l ober a u moins en partie les seconds moyens de prélèvement de chaleur (8) .
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les matériaux thermiques (2, 3, 4, 5) comprennent un matériau à changement de phase composite à matrice de carbone.
8. D ispos itif sel o n l 'u ne q ue l co n q u e d es revendications précédentes, caractérisé en ce que les matériaux thermiques (2, 3, 4, 5) comprennent un matériau à changement de phase composite de structure anisotrope, disposé de telle sorte que sa conductivité thermique est maximale selon des directions allant sensiblement du centre vers la périphérie du dispositif.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est de forme sensiblement sphérique.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est de forme sensiblement allongée, et sensiblement de l'une des sections suivantes : circulaire, rectangulaire.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de chauffage (20) du fluide caloporteur par chauffage solaire.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit d'eau chaude domestique (22) relié aux premiers moyens de prélèvement de chaleur (7).
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit de chauffage à circulation d'eau (23) relié aux seconds moyens de prélèvement de chaleur (8).
14. Procédé de chauffage à accumulation d'énergie, mettant en œuvre un dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 13, comprenant :
- une accumulation et restitution d'énergie thermique par au moins l'un des phénomènes suivants : changement de température, changement de phase, appliqués à une pluralité de matériaux thermiques (2, 3, 4, 5) appropriés,
- un apport de chaleur via une circulation d'un fluide caloporteur,
- un apport de chaleur via des moyens de chauffage électrique,
- un prélèvement de chaleur via des circulations respectivement d'un premier et d'un second fluide de chauffage,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre des étapes de :
- mesure de la température d'au moins l'un desdits premiers et seconds fluides de chauffage,
- activation de l'apport de chaleur via les moyens de chauffage électrique lorsque ladite température est inférieure à une température prédéterminée.
PCT/FR2010/052934 2009-12-29 2010-12-29 Dispositif de chauffage central solaire a accumulation d'energie Ceased WO2011080490A2 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0959646 2009-12-29
FR0959646A FR2954816B1 (fr) 2009-12-29 2009-12-29 Dispositif de chauffage central solaire a accumulation d'energie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011080490A2 true WO2011080490A2 (fr) 2011-07-07
WO2011080490A3 WO2011080490A3 (fr) 2011-09-01

Family

ID=42712420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2010/052934 Ceased WO2011080490A2 (fr) 2009-12-29 2010-12-29 Dispositif de chauffage central solaire a accumulation d'energie

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR2954816B1 (fr)
WO (1) WO2011080490A2 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL441941A1 (pl) * 2022-08-04 2024-02-05 Mączka Group Spółka Komandytowa Magazyn ciepła

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2533755B1 (es) * 2013-10-09 2016-01-22 Arraela, S.L. Sistema de acumulacion de energía térmica
CN107166723A (zh) * 2017-07-03 2017-09-15 刘华军 一种电蓄热式真空相变热水锅炉
CN110332723A (zh) * 2019-07-04 2019-10-15 天津大学 一种双级圆环折流式太阳能相变储能装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1837385A2 (fr) 2006-03-24 2007-09-26 Sgl Carbon Ag Processus pour la fabrication d'un dispositif de stockage de chaleur de latent
US7735301B2 (en) 2007-01-17 2010-06-15 Parata Systems, Llc Devices for capping vials useful in system and method for dispensing prescriptions

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3339853A1 (de) * 1983-11-04 1985-05-23 Jürgen 4330 Mülheim Lübking Verfahren und vorrichtung zur waermeerzeugung
AUPR840901A0 (en) * 2001-10-22 2001-11-15 Southcorp Australia Pty Ltd Improvements in heat pump water heaters
DE102007042232A1 (de) * 2007-09-05 2009-03-12 Robert Bosch Gmbh Wärmetauscher und Verfahren zum Herstellen und Betreiben

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1837385A2 (fr) 2006-03-24 2007-09-26 Sgl Carbon Ag Processus pour la fabrication d'un dispositif de stockage de chaleur de latent
US7735301B2 (en) 2007-01-17 2010-06-15 Parata Systems, Llc Devices for capping vials useful in system and method for dispensing prescriptions

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL441941A1 (pl) * 2022-08-04 2024-02-05 Mączka Group Spółka Komandytowa Magazyn ciepła
PL246705B1 (pl) * 2022-08-04 2025-02-24 Maczka Group Spolka Komandytowa Magazyn ciepła

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011080490A3 (fr) 2011-09-01
FR2954816A1 (fr) 2011-07-01
FR2954816B1 (fr) 2012-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2904220B1 (fr) Systeme de stockage thermique de vapeur
EP3175196B1 (fr) Dispositif de stockage d'énergie par matériau à changement de phase et un procédé de stockage associé
EP2321869B1 (fr) Procède et dispositif de régulation thermique d'une batterie rechargeable de stockage d'énergie électrique
EP2904343B1 (fr) Echangeur thermique pour systeme de stockage thermique
WO2016012573A1 (fr) Dispositif et procédé pour le stockage d'énergie thermique
FR2942028A1 (fr) Capteur solaire, et installation de generation d'energie electrique comportant de tels capteurs solaires
WO2015155422A1 (fr) Système énergétique a rendement améliore
WO2011080490A2 (fr) Dispositif de chauffage central solaire a accumulation d'energie
FR3144268A1 (fr) Système d’échange thermique par boucle d’échange géothermique associé a à des sources de chaleur additionnelles
FR2999830B1 (fr) Element de traitement d'un rayonnement solaire ameliore ainsi qu'un suiveur solaire et une centrale solaire equipee d'un tel element
EP3994409B1 (fr) Systeme de stockage et de recuperation de chaleur a l'axe horizontal
EP3152410B1 (fr) Installation de conversion de chaleur en energie mecanique a systeme de refroidissement du fluide de travail ameliore
FR2978533A1 (fr) Dispositif de stockage des energies renouvelables sous la forme de chaleur et le procede de restitution en tri generation
EP3214398B1 (fr) Dispositif de stockage d'énergie par matériau à changement de phase incluant une charge électrique intégrée dans le circuit du fluide caloporteur
CH705478A1 (fr) Dispositif pour la récupération et/ou le stockage des énergies renouvelables.
EP2759774B1 (fr) Procédé pour la régulation des températures et la production d'eau chaude sanitaire et installation pour la mise en oeuvre dudit procédé
BE1025410B1 (fr) Installation de chauffage
EP3392595B1 (fr) Système de distribution de fluide caloporteur pour un dispositif de stockage d'énergie thermique comportant des systèmes thermostatiques
FR2813994A1 (fr) Pile a combustible et procede de protection d'une telle pile contre le gel
WO2017149063A1 (fr) Reservoir de stockage de chaleur a fonctionnement optimise
WO2024240841A1 (fr) Systeme geothermique comportant un systeme de production d'energie
EP3832225A1 (fr) Capteur thermique solaire, panneau thermique solaire et procédé de chauffage d'un bâtiment avec stockage calorifique intégré
FR3113719A1 (fr) Chauffe-eau électrique instantané comprenant une face avant apte à capter et émettre de la chaleur fatale perdue par la cuve de chauffe et installation
FR3046667A1 (fr) Installation perfectionnee de chauffage et de refroidissement, notamment d'un local, et procedes de pilotage et de mise en place de ladite installation

Legal Events

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

Ref document number: 10807714

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10807714

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2