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WO2018010035A1 - Reseau de distribution d'energie thermique - Google Patents

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WO2018010035A1
WO2018010035A1 PCT/CH2017/000072 CH2017000072W WO2018010035A1 WO 2018010035 A1 WO2018010035 A1 WO 2018010035A1 CH 2017000072 W CH2017000072 W CH 2017000072W WO 2018010035 A1 WO2018010035 A1 WO 2018010035A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thermal energy
circuit
complementary
network
sub
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/CH2017/000072
Other languages
English (en)
Inventor
François Ignace GEINOZ
David Orlando
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Publication of WO2018010035A1 publication Critical patent/WO2018010035A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F24D10/00—District heating systems
    • 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
    • F24D10/00—District heating systems
    • F24D10/003—Domestic delivery stations having a heat exchanger
    • 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
    • F24D2200/13—Heat from a district heating network
    • 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
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • 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
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/17—District heating

Definitions

  • the present invention relates to a thermal energy distribution network for supplying an urban and / or industrial site, this network comprising at least one main circuit that conveys a first heat-transfer fluid and having:
  • At least one duct placed in a storage zone and / or storage of thermal energy near said urban and / or industrial site, and in which circulates said first heat transfer fluid;
  • said conduit having:
  • an entry point arranged for taking thermal energy from said storage and / or destocking zone
  • each of said secondary circuits comprising a loop of ducts connected respectively to said duct of said at least one main circuit, for conveying a second heat transfer fluid
  • said conduit of the main circuit is made of a thermally conductive material, and is deposited directly in contact with said storage area and / or storage of thermal energy near said urban site and / or industrial;
  • each of said duct loops of said secondary circuits is made of a thermally conductive material, and is deposited directly in contact with a storage area and / or storage of thermal energy near one of said users;
  • each of said duct loops of said secondary circuits is connected to one of said at least one main circuit, wherein,
  • a heat exchanger is arranged to thermally couple a loop of conduits of said secondary circuits with the conduit of the main circuit, without direct contact between said first and second heat transfer fluids.
  • Remote heating networks commonly referred to as district heating, usually comprise at least one pair of ducts, the first of which, called “go tube” is connected between a hot source and at least one thermal energy consuming device, by the intermediate of a drawpoint, and the second, called “return tube” is connected between the drawpoint and the hot source to bring cooled coolant into the network.
  • the purpose of these networks is to feed a set of users / consumers, which can, for example, be a house, a utility room or the like, in positive or negative calories also called frigories, taken in the heat transfer fluid.
  • the ducts are separate, arranged parallel to each other and well insulated to limit losses.
  • grid-based thermal power distribution facilities have been developed that couple an existing, sometimes existing, high-temperature network power distribution structure with a low-temperature lattice power distribution structure.
  • anergy network having as essential benefits, more installation costs reduced and operating costs more advantageous than those operating only at high temperatures.
  • the networks which can sometimes work with different heat transfer fluids, are hydraulically separated while being thermally coupled.
  • the present invention proposes to overcome the above drawbacks by providing the means for confining the pressure within acceptable value limits, whatever the differences in level between various zones of the network on the site concerned.
  • the additional costs generated by excessive pressure would have the effect of negating the economic benefits of the anergy network that eliminates the large thermal insulation costs of conventional district heating networks.
  • This object is achieved by the thermal energy distribution network, as defined in the preamble, and characterized in that:
  • At least one of said secondary circuits is decomposed into at least a first complementary sub-circuit, and at least one complementary second sub-circuit, said first and second complementary sub-circuits being hydraulically independent.
  • said thermal coupling between said first complementary sub-circuit and said second complementary sub-circuit is achieved by a heat exchanger.
  • Said heat exchanger mounted between said first complementary sub-circuit and said second complementary sub-circuit is preferably a plate heat exchanger provided with two independent internal circuits, a first internal circuit connected to said first complementary thermal energy distribution sub-circuit anergy, and a second internal circuit connected to said second complementary thermal energy distribution sub-circuit.
  • said heat exchanger comprises firstly a first coolant fluid inlet and a first coolant fluid outlet, said first inlet and first outlet of said heat transfer fluid being connected to said first complementary thermal energy distribution sub-circuit, and secondly a second coolant fluid inlet and a second coolant fluid outlet, said second inlet and second outlet being connected to said second complementary thermal energy distribution sub-circuit.
  • Said plates of said heat exchanger are advantageously parallel plates spaced apart to define two independent networks of parallel spaces, constituting said first and second internal circuits.
  • Said inlet and said outlet of said heat transfer fluid are preferably equipped with a valve with at least two channels and said inlet and said outlet of said heat transfer fluid, are all equipped with a valve with at least two channels, to allow the implementation short circuit of said heat exchanger.
  • the temperature of the coolant in said first complementary sub-circuit and said second complementary sub-circuit is between 2 and 20 ° C, and preferably between 2 and 15 ° C, and in particular advantageously equal to 9 ° C.
  • At least one of said secondary circuits of thermal energy distribution is decomposed into n complementary sub-circuits connected in series;
  • the first complementary sub-circuit is thermally coupled to said second complementary sub-circuit, without a hydraulic connection between them, by a first heat exchanger;
  • the second complementary sub-circuit is thermally coupled to said third complementary sub-circuit, without a hydraulic connection between them, by a second heat exchanger;
  • the third complementary sub-circuit is thermally coupled to said fourth complementary sub-circuit, without a hydraulic connection between them, by a third heat exchanger, and;
  • the (n-ninth complementary subcircuit being thermally coupled to said (nth) complementary sub-circuit, without a hydraulic connection between them, by a (n-ninth heat exchanger.
  • the (n-1) heat exchangers are plate heat exchangers.
  • the heat transfer fluids circulating in all the n complementary sub-circuits are identical and advantageously consist essentially of water without glycol.
  • the network comprises a temperature management unit in the ducts which constitute said complementary thermal energy distribution circuit called anergy circuit, this unit comprising control and control means for maintaining the liquid. coolant at a temperature consistently above the freezing temperature.
  • said at least one conduit in which circulates said first heat transfer fluid, comprises a first branch of said conduit, connected to said entry point, arranged to take thermal energy at a sampling temperature Ti in a production unit. thermal energy and a second branch of said duct connected to said outlet point, arranged to reject thermal energy, at a rejection temperature T2, in said thermal energy production unit.
  • FIG. 1 is a schematic view of one embodiment of a heat exchange network according to the invention, with a single duct constituting the main circuit;
  • FIG. 2 is a variant of FIG. 1, which represents a schematic view of the heat exchange network with complementary sub-circuits and a main circuit in the form of a loop of conduits,
  • FIG. 3 is a schematic view of a plate heat exchanger for interconnecting the complementary sub-circuits of the network.
  • FIG. 4 illustrates a schematic view of a temperature management unit in the ducts which constitute the complementary subcircuits, and
  • FIG. 5 is a partial schematic view illustrating a generalized embodiment of the heat exchange network according to FIG. the invention. best way (s) to achieve the invention
  • the heat energy exchange network 100 comprises at least one main circuit 110, which conveys a first coolant Ci.
  • the main circuit 110 comprises, in the example represented, a single conduit 11 which extends from an entry point 112 to an exit point 1 13.
  • the main circuit 110 is disposed in a storage and / or retrieval zone of thermal energy 130 which is constituted by the surrounding area the conduit 111 and which is able to store and then return thermal energy, both hot and cold, carried by the coolant Ci circulating in the single conduit 111.
  • the conduit 11 is made of a thermally conductive material and can be deposited directly in contact with the materials in a trench or channel. in the ground and filled with thermal storage materials.
  • the heat transfer fluid is brought to a temperature close to the average temperature of the soil in the storage and / or storage of thermal energy zone 130, so that exchanges between the coolant Ci and the soil can be carried out quickly and efficiently.
  • the main circuit 1 composed for example of the conduit 111 disposed between the point of entry 1 12 and the outlet point 1 13 which are located in separate locations of a source or water supply 140 including a watercourse or body of water or the like.
  • Inlets 1 12 and output 1 13 can be coupled directly to the water supply 140 or via heat exchangers, so that the coupling between the water supply 140 and the fluid heat exchanger of the single duct 1 1 1 is a thermal coupling without hydraulic exchange.
  • the thermal energy storage and / or retrieval zone 130 contains at least the main circuit 1 10 with its duct 111. It is configured to collect heat energy at its point of entry 1 12 and to release a part of it. unused thermal energy, withdrawn or collected in its storage area and / or storage of thermal energy 130, at its point of exit 1 13.
  • the heat energy conveyed can be stored directly by the water of the water source 140 which then constitutes an initial heat transfer fluid, called source heat transfer fluid Co whose temperature can change as a function of the environment, so that the initial heat transfer fluid or source fluid has modified thermal characteristics and becomes the heat transfer fluid C1, which serves to supply the network.
  • the heat energy conveyed can be stored by another heat transfer fluid, in particular said first coolant Ci, contained in the duct 11.
  • the duct 11 1 is replaced by a loop 1 1 1 ', with a forward duct 1 11' a and a return duct 11 1 'b
  • the entry points 1 12 and output 1 13 could be equipped respectively with a heat exchanger 112a and 113a
  • the coolant circulating in the loop 1 11 ', called C'1 could be different from the heat transfer fluid C1.
  • the other components of the network 110 remain unchanged.
  • a plurality of secondary circuits 150 are grafted onto the main circuit 1 10 via a heat exchanger 170 which has the particular function of at least separate the streams of the respective heat transfer fluids C 1 and C 2 in said main circuit 1 10 and in said secondary circuits 150 and thermally interconnecting the two types of circuits.
  • the subcircuit 150a is thermally coupled to the main circuit 110 via a heat exchanger 70 to provide thermal coupling without any hydraulic coupling.
  • the subcircuit 150b is thermally coupled with the subcircuit 150a through a heat exchanger 170 to provide thermal coupling without any hydraulic coupling.
  • the total pressure in each sub-circuit is actually that which prevails in the sub-circuit concerned and not the cumulative pressure of several or all of the added sub-circuits.
  • the users 160 are advantageously connected individually to the corresponding secondary circuits 150a, 150b, via a heat pump 161.
  • the connection of all the users 160 or only of certain users 160 to the corresponding secondary circuit 150 could be carried out by a common heat exchanger 170.
  • some heat pumps 161 could be common to several users.
  • FIG. 5 illustrates, a heat energy exchange network 100 which comprises, as before, at least one main circuit 110 starting a generator 400 of thermal energy, and comprising at least one closed loop 111 'in which circulates a heat transfer fluid Ci for the transport and distribution of thermal energy.
  • Said closed loop 111 ' is composed of a forward duct 411 having its inlet corresponding to an output 400a of the thermal energy generator 400 and which conveys the first coolant Ci, and a return duct 412 having its output corresponding to an input 400b of the thermal energy generator 400 and which conveys said first heat transfer fluid Ci.
  • This first part of the heat exchange network 100 may be existing, on a previously equipped site, or new, depending on the implementation procedures or in function of resources available near the sites.
  • a second part of the heat exchange network 100 is composed of a first secondary circuit 150a of thermal energy distribution which forms a closed loop 152a with a forward duct 153a and a return duct 154a.
  • the secondary circuit 150a is for example arranged to convey a second heat transfer fluid Bi which may be identical or different from said first coolant Ci of the main circuit 1 10 '.
  • the heat transfer fluid Bi which circulates in the secondary circuit 150a is water, in this case pure water, without glycol, for reasons of cost, safety reasons in case of accidental breakage of a leads and ecological reasons.
  • said secondary circuit 150a is connected to the main circuit 110 via a heat exchanger 170a which has the particular function of separating the heat transfer fluid flows respectively Ci and Bi in said at least one main circuit 1 10 'and in said at least one secondary circuit 150a and thermally interconnecting said main circuit 110' and the secondary circuit 50a.
  • said secondary circuit is decomposed into several complementary subcircuits, respectively 150a, 150b, 150c etc. 150 n-1, 150n, schematically illustrated by their respective implantation areas 130a, 130b, 130c, etc. 130n-1 and 130n.
  • Such an embodiment has the effect of limiting the pressure of the heat transfer fluid inside the conduits of circuits 1 11 and 1 13 corresponding.
  • the objective is to reduce the thickness of the walls of the ducts, their weight and their cost while reducing the risks in case of rupture.
  • the subcircuit 150a is thermally coupled with the main circuit 1 10 'through a heat exchanger 170a to provide thermal coupling, without any hydraulic coupling.
  • the subcircuit 150b is thermally coupled with the subcircuit 150a via a heat exchanger 170b to provide thermal coupling, without any hydraulic coupling and so on for the subcircuits 150c etc. .... 150n-1, 50n which are all interconnected by heat exchangers 170c, etc. 170n-1, 170n.
  • the heat exchangers 170 are preferably plate heat exchangers 300, provided with two independent internal circuits which are connected to independent inputs and outputs, preferably by means of two or three-way valves, to allow for short-circuiting. circuit of said heat exchangers 170.
  • the consumer users are connected to the complementary subcircuits, which are anergy circuits, via a heat pump 161.
  • the connections to the complementary sub-circuits 150a or 150b, etc., are carried out. depending on the locations of the users 160 in the areas corresponding to the subcircuits 150a, 150b and following.
  • the same network is able to simultaneously distribute hot thermal energy and cold thermal energy, taken from the heat transfer fluid at low temperature of the anergy network, by means of a heat pump.
  • the cold thermal energy is intended for cooling or for supplying areas of so-called positive cold, such as, for example, wine cellars or the like.
  • positive cold such as, for example, wine cellars or the like.
  • the described system is a priori used to distribute calories to bring warm thermal energy to consumers. However, by changing the parameters, it would be possible to distribute negative calories and manage a refrigeration network.
  • the heat consumption and the cold consumption can be made by the same network provided that the parameters are modified according to the specific needs of the users / consumers.

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Abstract

Le réseau d'échange d'énergie thermique (100) comporte au moins un circuit principal (110) et au moins un circuit secondaire (120) de distribution d'énergie thermique à travers un fluide caloporteur. Ledit circuit secondaire (150) est décomposé en au moins deux sous-circuits complémentaires (150a, et 150b) interconnectés par un échangeur de chaleur (170) qui assure un couplage thermique sans connexion hydraulique. Les sous-circuits, (150a, et 150b) dont le nombre dépend de la configuration du terrain d'implantation, sont couplés en série, respectivement par l'intermédiaire d'échangeurs de chaleur (170) pour éviter des surpressions dans le réseau, en cas de forte dénivellation du terrain de l'implantation.

Description

RESEAU DE DISTRIBUTION D'ENERGIE THERMIQUE
Domaine technique
La présente invention concerne un réseau de distribution d'énergie thermique pour alimenter un site urbain et/ou industriel, ce réseau comprenant au moins un circuit principal qui véhicule un premier fluide caloporteur et ayant :
au moins un conduit, placé dans une zone de stockage et/ou de déstockage d'énergie thermique à proximité dudit site urbain et/ou industriel, et dans lequel circule ledit premier fluide caloporteur ; ledit conduit ayant :
- un point d'entrée agencé pour prélever de l'énergie thermique dans ladite zone de stockage et/ou de déstockage ;
un point de sortie agencé pour rejeter de l'énergie thermique, dans ladite zone de stockage et/ou de déstockage (130), distinct dudit point d'entrée;
une pluralité de circuits secondaires affectés respectivement à des utilisateurs d'énergie thermique, localisés sur ledit site urbain et/ou industriel ; et chacun desdits circuits secondaires comportant une boucle de conduits raccordés respectivement audit conduit dudit au moins un circuit principal, pour véhiculer un second fluide caloporteur,
ledit conduit du circuit principal est réalisé en un matériau thermiquement conducteur, et est déposé directement en contact avec ladite zone de stockage et/ou de déstockage d'énergie thermique à proximité dudit site urbain et/ou industriel ;
chacune desdites boucles de conduits desdits circuits secondaires est réalisée en un matériau thermiquement conducteur, et est déposée directement en contact avec une zone de stockage et/ou de déstockage d'énergie thermique à proximité d'un desdits utilisateurs ;
chacune desdites boucles de conduits desdits circuits secondaires, est connectée à l'un desdits au moins un circuit principal, dans lequel,
un échangeur de chaleur est agencé pour coupler thermiquement une boucle de conduits desdits circuits secondaires avec le conduit du circuit principal, sans contact direct entre lesdits premier et second fluides caloporteurs. Technique antérieure
Les réseaux de chauffage à distance, appelés couramment chauffages urbains, comportent habituellement au moins une paire de conduits, dont le premier, appelé « tube aller » est connecté entre une source chaude et au moins un dispositif consommateur d'énergie thermique, par l'intermédiaire d'un point de soutirage, et dont le second, appelé « tube retour » est connecté entre le point de soutirage et la source chaude pour ramener le fluide caloporteur refroidi dans le réseau. L'objectif de ces réseaux est d'alimenter un ensemble d'utilisateurs/consommateurs, qui peuvent, par exemple, être une maison, un local utilitaire ou similaire, en calories positives ou négatives également appelées frigories, prélevées dans le fluide caloporteur. Généralement, les conduits sont distincts, disposés parallèlement l'un par rapport à l'autre et bien isolés pour limiter les déperditions. Ces installations utilisent habituellement comme source chaude, soit un générateur d'eau chaude, soit un générateur de vapeur d'eau et le fluide caloporteur est, selon le cas, de l'eau chaude, éventuellement mélangée à du glycol pour éviter le gel en cas de refroidissement intempestif, ou de la vapeur surchauffée, portée à une température élevée. La déperdition de chaleur dans les conduits qui véhiculent le fluide caloporteur, est en principe proportionnelle à la différence entre la température du fluide caloporteur et l'environnement des conduits qui le véhiculent, de sorte que, les installations connues sont, soit les isolations sont très performantes, et par conséquent très coûteuses, soit des installations moins efficaces enregistrant des pertes en énergie élevées. Dans les deux cas, le bilan énergétique est médiocre et les coûts des installations ainsi que les coûts d'exploitation sont très élevés.
Par ailleurs, on a développé des installations de distribution d'énergie thermique en réseau, qui couplent une structure, parfois existante, de distribution d'énergie en réseau travaillant à haute température avec une structure de distribution d'énergie en réseau travaillant à basse température appelé réseau anergie, ayant comme avantages essentiels, des coûts d'installation plus réduits et des frais d'exploitation plus avantageux que ceux des réseaux fonctionnant uniquement à haute température. Dans ce cas, les réseaux, qui peuvent parfois travailler avec des fluides caloporteurs différents, sont hydrauliquement séparés tout en étant thermtquement couplés.
Sur divers sites d'implantation de réseaux de ce type, lorsque la dénivellation de certaines zones et d'autres est importante, la pression du fluide caloporteur circulant dans les conduits du réseau peut devenir élevée, ce qui impose des précautions importantes lors de l'installation, notamment la mise en place de conduits à parois plus résistantes, donc plus lourds et plus coûteux. Ces précautions s'imposent sur tout le réseau, y compris les circuits domestiques sur le lieu de l'utilisation et de la consommation de l'énergie distribuée. L'ensemble de l'installation avec tous ses composants, y compris les vannes de raccordement, les échangeurs de chaleur, les pompes à chaleurs, doit être adaptée à cette contrainte de surpression. En outre, la sécurité de l'installation est plus difficile à assurer et les risques, en cas de défectuosité de l'un des composants, notamment lors d'une rupture d'un conduit ou d'une vanne, sont beaucoup plus élevés, notamment si la pression devient très élevée dans les conduits en raison des dénivellations du site.
Exposé de l'invention
La présente invention se propose de pallier les inconvénients ci-dessus en fournissant les moyens pour confiner la pression dans des limites de valeurs acceptables, quelles que soient les dénivellations entre diverses zones du réseau sur le site concerné. En outre, étant donné que l'on travaille avec un réseau dit réseau anergie à basse température, avec un fluide caloporteur dont la température moyenne n'a que quelques degrés de différence avec la température moyenne du sol dans la zone de travail où le réseau est implanté, les surcoûts générés par une pression excessive auraient pour conséquence de réduire à néant les avantages économiques du réseau anergie qui permet de supprimer les gros frais d'isolation thermiques des réseaux de chauffage urbains classiques. Ce but est atteint par le réseau de distribution d'énergie thermique, tel que défini en préambule, et caractérisé en ce que :
au moins un desdits circuits secondaires est décomposé en au moins un premier sous-circuit complémentaire, et au moins un deuxième sous-circuit complémentaire, ledit premier et ledit deuxième sous-circuits complémentaires étant hydrauliquement indépendants.
Selon un mode de réalisation préféré, ledit couplage thermique entre ledit premier sous-circuit complémentaire et ledit deuxième sous-circuit complémentaire, est réalisé par un échangeur de chaleur.
Ledit échangeur de chaleur monté entre ledit premier sous-circuit complémentaire et ledit deuxième sous-circuit complémentaire est de préférence un échangeur à plaques pourvu de deux circuits internes indépendants, un premier circuit interne connecté audit premier sous-circuit complémentaire de distribution d'énergie thermique anergie, et un second circuit interne connecté audit deuxième sous-circuit complémentaire de distribution d'énergie thermique. De préférence, ledit échangeur de chaleur comporte d'une part une première entrée de fluide caioporteur et une première sortie de fluide caioporteur, lesdites première entrée et première sortie dudit fluide caioporteur étant raccordées audit premier sous-circuit complémentaire de distribution d'énergie thermique, et d'autre part une seconde entrée de fluide caioporteur et une seconde sortie de fluide caioporteur, lesdites seconde entrée et seconde sortie étant raccordées audit deuxième sous-circuit complémentaire de distribution d'énergie thermique anergie.
Lesdites plaques dudit échangeur de chaleur sont avantageusement des plaques parallèles et espacées entre elles pour définir deux réseaux indépendants d'espaces parallèles, constituant lesdits premier et second circuits internes. Ladite entrée et ladite sortie dudit fluide caloporteur sont de préférence équipées d'une vanne à au moins deux voies ainsi que ladite entrée et ladite sortie dudit fluide caloporteur, sont toutes équipées d'une vanne à au moins deux voies, pour permettre la mise en court-circuit dudit échangeur de chaleur.
Selon un mode de réalisation préféré, la température du fluide caloporteur dans ledit premier sous-circuit complémentaire et ledit deuxième sous-circuit complémentaire est comprise entre 2 et 20°C, et de préférence comprise entre 2 et 15°C, et en particulier avantageusement égale à 9°C.
Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse,
au moins un desdits circuits secondaires de distribution d'énergie thermique, du type appelé circuit anergie, est décomposé en n sous-circuits complémentaires montés en série ;
- le premier sous-circuit complémentaire est couplé thermiquement audit deuxième sous-circuit complémentaire, sans connexion hydraulique entre eux, par un premier échangeur de chaleur ;
le deuxième sous-circuit complémentaire est couplé thermiquement audit troisième sous-circuit complémentaire, sans connexion hydraulique entre eux, par un deuxième échangeur de chaleur ;
le troisième sous-circuit complémentaire est couplé thermiquement audit quatrième sous-circuit complémentaire, sans connexion hydraulique entre eux, par un troisième échangeur de chaleur, et ;
ainsi de suite, le (n-Pnième sous-circuit complémentaire étant couplé thermiquement audit (nième) sous-circuit complémentaire, sans connexion hydraulique entre eux, par un (n-Pnième échangeur de chaleur.
Avantageusement les (n-1 ) échangeurs de chaleur sont des échangeurs à plaques.
De préférence, les fluides caloporteurs circulant dans tous les n sous-circuits complémentaires sont identiques et sont avantageusement constitués essentiellement d'eau sans glycol. Selon un mode de réalisation préféré, le réseau comporte une unité de gestion des températures dans les conduits qui constituent ledit circuit complémentaire de distribution d'énergie thermique appelé circuit anergie, cette unité comportant des moyens de contrôle et de commande pour assurer le maintien du liquide caloporteur à une température constamment supérieure à la température de congélation.
Avantageusement, ledit au moins un conduit, dans lequel circule ledit premier fluide caloporteur , comporte une première branche dudit conduit, raccordée audit point d'entrée, agencé pour prélever de l'énergie thermique à une température de prélèvement Ti dans une unité de production d'énergie thermique et une seconde branche dudit conduit raccordée audit point de sortie, agencé pour rejeter de l'énergie thermique, à une température de rejet T2, dans ladite unité de production d'énergie thermique.
Description sommaire des dessins
La présente invention et ses principaux avantages apparaîtront mieux dans la description d'un mode de réalisation préféré, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 est une vue schématique d'une forme de réalisation d'un réseau d'échange thermique selon l'invention, avec un seul conduit constituant le circuit principal, - la figure 2 est une variante de la figure 1 , qui représente une vue schématique du réseau d'échange thermique avec des sous-circuits complémentaires et un circuit principal sous forme de boucle de conduits, la figure 3 est une vue schématique d'un échangeur de chaleur à plaques pour interconnecter les sous-circuits complémentaires du réseau d'échange thermique selon l'invention, - la figure 4 illustre une vue schématique d'une unité de gestion des températures dans les conduits qui constituent les sous-circuits complémentaires, et - la figure 5 est une vue schématique partielle illustrant une forme de réalisation généralisée du réseau d'échange thermique selon l'invention. eilleure(s) manière(s) de réaliser l'invention
En référence à la figure 1 , le réseau d'échange d'énergie thermique 100 comporte au moins un circuit principal 110, qui véhicule un premier fluide caloporteur Ci. Le circuit principal 110 comporte, dans l'exemple représenté, un conduit unique 11 1 qui s'étend d'un point d'entrée 112 jusqu'à un point de sortie 1 13. Le circuit principal 110 est disposé dans une zone de stockage et/ou de déstockage d'énergie thermique 130 qui est constituée par la zone environnant le conduit 111 et qui est en mesure d'emmagasiner puis de restituer de l'énergie thermique, tant froide que chaude, véhiculée par le fluide caloporteur Ci circulant dans le conduit unique 111.
Dans ce but, et en vue de faciliter le stockage et/ou le déstockage d'énergie thermique, le conduit 1 1 1 est réalisé en un matériau thermiquement conducteur et peut être déposé directement en contact avec les matériaux dans une tranchée ou un canal ménagé dans le sol et comblé avec des matériaux de stockage thermique. En outre, le fluide caloporteur est porté à une température proche de la température moyenne du sol dans la zone de stockage et/ou de déstockage d'énergie thermique 130, afin que des échanges entre le fluide caloporteur Ci et le sol puissent s'effectuer rapidement et efficacement.
Selon la figure 1 , le circuit principal 1 10, composé par exemple du conduit 111 disposé entre le point d'entrée 1 12 et le point de sortie 1 13 qui sont localisés en des emplacements distincts d'une source ou réserve d'eau 140. notamment un cours d'eau ou un plan d'eau ou similaire. On notera que les points d'entrée 1 12 et de sortie 1 13 peuvent être couplés en direct avec la réserve d'eau 140 ou par l'intermédiaire d'échangeurs de chaleur, de telle sorte que le couplage entre la réserve d'eau 140 et le fluide caloporteur du conduit unique 1 1 1 est un couplage thermique sans échange hydraulique.
La zone de stockage et/ou de déstockage d'énergie thermique 130 contient au moins le circuit principal 1 10 avec son conduit 111. Il est configuré pour prélever de l'énergie thermique à son point d'entrée 1 12 et de libérer une partie de l'énergie thermique non utilisée, prélevée ou collectée dans sa zone de stockage et/ou de déstockage d'énergie thermique 130, à son point de sortie 1 13. L'énergie thermique véhiculée peut être emmagasinée directement par l'eau de la source d'eau 140 qui constitue alors un fluide caloporteur initial, appelé fluide caloporteur source Co dont la température peut évoluer en fonction de l'environnement, de sorte que le fluide caloporteur initial ou fluide source a des caractéristiques thermiques modifiées et devient le fluide caloporteur C1 , qui sert à approvisionner le réseau.
Selon un autre mode de réalisation, l'énergie thermique véhiculée peut être emmagasinée par un autre fluide caloporteur, notamment ledit premier fluide caloporteur Ci, contenu dans le conduit 1 11. Dans ce deuxième cas, illustré par la figure 2 le conduit 11 1 est remplacé par une boucle 1 1 1 ', avec un conduit aller 1 11 'a et un conduit de retour 11 1 'b, les points d'entrée 1 12 et de sortie 1 13 pourraient être équipés respectivement d'un échangeur de chaleur 112a et 113a, et le fluide caloporteur circulant dans la boucle 1 11 ', appelé C'1 , pourrait être différent du fluide caloporteur C1. Les autres composants du réseau 110 restent inchangés.
Une pluralité de circuits secondaires 150, affectés respectivement à au moins un, mais de préférence plusieurs utilisateurs 160 d'énergie thermique, sont greffés sur le circuit principal 1 10 par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 170 qui a notamment pour fonction de séparer au moins tes flux des fluides caloporteurs respectifs Ci et C2 dans ledit circuit principal 1 10 et dans lesdits circuits secondaires 150 et d'interconnecter thermiquement les deux types de circuits.
En raison des pentes du terrain dans lequel sont posés tout ou partie des circuits secondaires 150, certains d'entre eux comportent, lorsque la pression finale dans le circuit est excessive, au moins deux sous-circuits 150a et 50b. Ceci est avantageusement le cas, lorsque la dénivellation du terrain sur lequel le circuit secondaire 150 est implanté est relativement importante, car l'effet consiste à limiter la pression du fluide caloporteur à l'intérieur des conduits des sous-circuits 150a et 150b. Le but qui est finalement recherché, est de réduire l'épaisseur des parois des conduits, leur poids et leur coût tout en réduisant les risques en cas de rupture des conduits. Dans ce cas, le sous- circuit 150a est couplé thermiquement avec le circuit principal 110 par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 70 pour assurer un couplage thermique, sans aucun couplage hydraulique. De façon similaire, le sous- circuit 150b est couplé thermiquement avec le sous-circuit 150a par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 170 pour assurer un couplage thermique, sans aucun couplage hydraulique. La pression totale dans chaque sous-circuit est effectivement celle qui règne dans le sous-circuit concerné et non la pression cumulée de plusieurs ou de la totalité des sous-circuits additionnés.
Les utilisateurs 160 sont avantageusement connectés individuellement aux circuits secondaires correspondants 150a, 150b, par l'intermédiaire d'une pompe à chaleur 161. La connexion de tous les utilisateurs 160 ou seulement de certains utilisateurs 160 au circuit secondaire correspondant 150 pourrait être effectuée par un échangeur de chaleur commun 170. De même, certaines pompes à chaleur 161 pourraient être communes à plusieurs utilisateurs. Une variante de réalisation est représentée schématiquement et partiellement par la figure 5 qui illustre, un réseau d'échange d'énergie thermique 100 qui comporte, comme précédemment, au moins un circuit principal 110 partant d'un générateur 400 d'énergie thermique, et comprenant au moins une boucle fermée 111' dans laquelle circule un fluide caloporteur Ci pour assurer le transport et la distribution d'énergie thermique. Ladite boucle fermée 111 ' est composée d'un conduit aller 411 ayant son entrée qui correspond à une sortie 400a du générateur 400 d'énergie thermique et qui véhicule le premier fluide caloporteur Ci, et un conduit de retour 412 ayant sa sortie qui correspond à une entrée 400b du générateur 400 d'énergie thermique et qui véhicule ledit premier fluide caloporteur Ci. Cette première partie du réseau d'échange thermique 100 peut être existante, sur un site équipé antérieurement, ou nouvelle, selon les modalités d'implantation ou en fonction de ressources disponibles à proximité des sites.
Une deuxième partie du réseau d'échange thermique 100 est composée d'un premier circuit secondaire 150a de distribution d'énergie thermique qui forme une boucle fermée 152a avec un conduit aller 153a et un conduit retour 154a. Le circuit secondaire 150a est par exemple agencé pour véhiculer un second fluide caloporteur Bi qui peut être identique ou différent dudit premier fluide caloporteur Ci du circuit principal 1 10'. Avantageusement le fluide caloporteur Bi qui circule dans le circuit seconda ire 150a est de l'eau, en l'occurrence de l'eau pure, sans glycol, pour des raisons de coût, des raisons de sécurité en cas de rupture accidentelle d'un conduit et des raisons écologiques.
D'une manière générale, ledit circuit secondaire 150a est raccordé au circuit principal 110 par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 170a qui a notamment pour fonction de séparer les flux des fluides caloporteurs respectivement Ci et Bi dans ledit au moins un circuit principal 1 10' et dans ledit au moins un circuit secondaire 150a et d'interconnecter thermiquement ledit circuit principal 110' et le circuit secondaire 50a. Lorsque la dénivellation du terrain sur lequel le circuit secondaire 150a est implanté, est relativement importante, ledit circuit secondaire est décomposé en plusieurs sous-circuits complémentaires, respectivement 150a, 150b, 150c etc.... 150 n-1 , 150n, illustrés schématiquement par leurs zones d'implantation respectives 130a, 130b, 130c, etc.... 130n-1 et 130n. Une telle réalisation a pour effet de limiter la pression du fluide caloporteur à l'intérieur des conduits des circuits 1 11 et 1 13 correspondantes. L'objectif recherché est de réduire l'épaisseur des parois des conduits, leur poids et leur coût tout en réduisant les risques en cas de rupture. Dans ce cas, le sous-circuit 150a est couplé thermiquement avec le circuit principal 1 10' par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 170a pour assurer un couplage thermique, sans aucun couplage hydraulique. De façon similaire, le sous-circuit 150b est couplé thermiquement avec le sous-circuit 150a par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 170b pour assurer un couplage thermique, sans aucun couplage hydraulique et ainsi de suite pour les sous-circuits 150c etc....150n-1 , 50n qui sont tous interconnectés par des échangeurs de chaleurs 170c, etc....170n-1 , 170n. Les échangeurs de chaleur 170 sont de préférence des échangeurs à plaques 300, pourvus de deux circuits internes indépendants qui sont connectés sur des entrées et des sorties indépendantes, de préférence au moyen de vannes à deux ou trois voies, pour permettre la mise en court-circuit desdits échangeurs de chaleur 170.
Les utilisateurs consommateurs, sont raccordés sur les sous-circuits complémentaires, qui sont des circuits anergie, par l'intermédiaire d'une pompe à chaleur 161. Les raccordements aux sous-circuits complémentaires 150a ou 150b, etc.... s'effectuent en fonction des implantations des utilisateurs 160 dans les zones correspondant aux sous-circuits 150a, 150b et suivants.
Par ailleurs, on notera que le même réseau est en mesure de distribuer simultanément de l'énergie thermique chaude et de l'énergie thermique froide, prélevées sur le fluide caloporteur à basse température du réseau anergie, au moyen d'une pompe à chaleur. Avantageusement l'énergie thermique froide est destinée au rafraîchissement ou à l'approvisionnement de zones de froid dit positif, comme par exemple des caves à vin ou similaires. Diverses variantes pourraient être imaginées par l'homme de l'art, en ce qui concerne la réalisation et la disposition des conduits qui constituent le réseau, mais elles restent incluses dans les caractéristiques définies par les revendications. Le système décrit est a priori utilisé pour distribuer des calories en vue d'apporter de l'énergie thermique chaude aux consommateurs. Toutefois, en modifiant les paramètres, il serait envisageables de distribuer des calories négatives et de gérer un réseau de réfrigération. En outre, la consommation de chaleur et la consommation de froid peuvent être effectuées par le même réseau à condition de modifier les paramètres en fonction des besoins spécifiques des utilisateurs/consommateurs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Réseau (100) de distribution d'énergie thermique pour alimenter un site urbain et/ou industriel, ce réseau comprenant au moins un circuit principal (1 10) s qui véhicule un premier fluide caloporteur (C1) et ayant :
au moins un conduit (111), placé dans une zone de stockage et/ou de déstockage d'énergie thermique (130) à proximité dudit site urbain et/ou industriel, et dans lequel circule ledit premier fluide caloporteur (C1); ledit conduit ayant :
o un point d'entrée (112) agencé pour prélever de l'énergie thermique dans ladite zone de stockage et/ou de déstockage (130) ;
un point de sortie (1 13) agencé pour rejeter de l'énergie thermique, dans ladite zone de stockage et/ou de déstockage (130), distinct dudit point d'entrée
(112);
5 - une pluralité de circuits secondaires (150) affectés respectivement à des utilisateurs (160) d'énergie thermique, localisés sur ledit site urbain et/ou industriel ; et
chacun desdits circuits secondaires (130) comportant une boucle de conduits raccordés respectivement audit conduit dudit au moins un circuit0 principal, pour véhiculer un second fluide caloporteur (C2), dans lequel
ledit conduit du circuit principal est réalisé en un matériau thermiquement conducteur, et est déposé directement en contact avec ladite zone de stockage et/ou de déstockage d'énergie thermique à proximité dudit site urbain et/ou industriel ; dans lequel
5 - chacune desdites boucles de conduits desdits circuits secondaires (150) est réalisée en un matériau thermiquement conducteur, et est déposée directement en contact avec une zone de stockage et/ou de déstockage d'énergie thermique à proximité d'un desdits utilisateurs ; dans lequel
chacune desdites boucles de conduits desdits circuits secondaires, est0 connectée à l'un desdits au moins un circuit principal ; et, dans lequel,
un échangeur de chaleur (130) est agencé pour coupler thermiquement une boucle de conduits desdits circuits secondaires avec le conduit du circuit principal, sans contact direct entre lesdits premier et second fluides caloporteurs ;
caractérisé en ce que :
au moins un desdits circuits secondaires (150) est décomposé en au moins un premier sous-circuit complémentaire (150a), et au moins un deuxième sous- circuit complémentaire (150b), ledit premier et ledit deuxième sous-circuit étant hydrauliquement indépendants.
2. Réseau (100) de distribution en réseau d'énergie thermique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit couplage thermique entre ledit premier sous-circuit complémentaire (150a) et ledit deuxième sous-circuit complémentaire (150b), est réalisé par un échangeur de chaleur (170).
3. Réseau (100) de distribution en réseau d'énergie thermique selon la revendication 2, dans lequel ledit échangeur de chaleur (170) monté entre ledit premier sous-circuit complémentaire (150a) et ledit deuxième sous-circuit complémentaire (150b) est un échangeur à plaques (300) pourvu de deux circuits internes indépendants (310, 320), un premier circuit interne (310) connecté audit premier sous-circuit complémentaire (150a) de distribution d'énergie thermique anergie, et un second circuit interne (320) connecté audit deuxième sous-circuit complémentaire (150b).
4. Réseau (100) de distribution en réseau d'énergie thermique selon la revendication 2, dans lequel ledit échangeur de chaleur (170) comporte d'une part une première entrée (131a) de fluide caloporteur et une première sortie de fluide caloporteur (131b), lesdites première entrée (131a) et première sortie (131 b) dudit fluide caloporteur étant raccordées audit premier sous-circuit complémentaire (150a) de distribution d'énergie thermique, et d'autre part une seconde entrée (132a) de fluide caloporteur et une seconde sortie (132b) de fluide caloporteur, lesdites premières entrée (132a) et sortie (132b) étant raccordées audit deuxième sous-circuit complémentaire (150b) de distribution d'énergie thermique.
5. Réseau (100) de distribution d'énergie thermique, selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites plaques (300) dudit échangeur de chaleur (170) sont des plaques parallèles et espacées entre elles pour définir deux réseaux indépendants d'espaces parallèles, constituant lesdits premier circuit interne (310) et second circuit interne (320).
6. Réseau (100) de distribution d'énergie thermique, selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite première entrée (131a) et ladite première sortie (131 b) dudit fluide caloporteur sont équipées d'une vanne à au moins deux voies ainsi que ladite seconde entrée (132a) et ladite seconde sortie (132b) dudit fluide caloporteur, sont toutes équipées d'une vanne à au moins deux voies, pour permettre la mise en court-circuit dudit échangeur de chaleur (170).
7. Réseau (100) de distribution d'énergie thermique, selon la revendication 1 , dans lequel la température du fluide caloporteur dans ledit premier sous- circuit complémentaire (150a) et ledit deuxième sous-circuit complémentaire (150b) est comprise entre 2 et 20°C, et de préférence comprise entre 2 et 15°C, et en particulier approximativement égale à 9°C.
8. Réseau (100) de distribution d'énergie thermique, selon la revendication
1 , caractérisé en ce que :
au moins un desdits circuits secondaires (150) de distribution d'énergie thermique, du type appelé circuit anergie, est décomposé en n sous-circuits complémentaires (150a, 150b, 150c,...150n), montés en série ;
- le premier sous-circuit complémentaire (150a) est couplé thermiquement audit deuxième sous-circuit complémentaire (150b), sans connexion hydraulique entre eux, par un premier échangeur de chaleur (170a) ;
le deuxième sous-circuit complémentaire (150b) est couplé thermiquement audit troisième sous-circuit complémentaire (150c), sans connexion hydraulique entre eux, par un deuxième échangeur de chaleur
(170b) ;
le troisième sous-circuit complémentaire (150c) est couplé thermiquement audit quatrième sous-circuit complémentaire (150d), sans 36 connexion hydraulique entre eux, par un troisième échangeur de chaleur (170c), et ;
ainsi de suite, le (n-Pnième sous-circuit complémentaire (150 n-1) étant couplé thermiquement audit (n)nième sous-circuit complémentaire (150 n), sans connexion hydraulique entre eux, par un (n-l)nième échangeur de chaleur (170 n=l).
9. Réseau (100) de distribution d'énergie thermique, selon la revendication 8, caractérisé en ce que les (n-1 ) échangeurs de chaleur sont des échangeurs à plaques.
10. Réseau (100) de distribution d'énergie thermique, selon la revendication 8, caractérisé en ce que les fluides caloporteurs circulant dans tous les n sous- circuits complémentaires sont identiques.
1 1. Réseau (100) de distribution d'énergie thermique, selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit premier fluide caloporteur est essentiellement constitué d'eau.
12. Réseau (100) de distribution d'énergie thermique, selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte une unité de gestion des températures dans les conduits qui constituent ledit circuit complémentaire (150) de distribution d'énergie thermique appelé circuit anergie, cette unité comportant des moyens de contrôle et de commande pour assurer le maintien du liquide caloporteur à une température constamment supérieure à la température de congélation.
13. Réseau (100) de distribution d'énergie thermique, selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit au moins un conduit (1 1 ), dans lequel circule ledit premier fluide caloporteur (Co.Ci), comporte une première branche dudit conduit, raccordée audit point d'entrée (1 12), agencé pour prélever de l'énergie thermique à une température de prélèvement Ti dans une unité de production d'énergie thermique et une seconde branche dudit conduit raccordée audit point de sortie (113), agencé pour rejeter de l'énergie thermique, à une température de rejet T2, dans ladite unité de production d'énergie thermique.
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