Domaine technique

La présente invention concerne un réseau urbain d'échange thermique du type anergie, comportant au moins une unité de transport d'énergie thermique, au moins une première boucle dite boucle d'approvisionnement en énergie thermique, comportant un conduit agencé pour véhiculer un liquide caloporteur entre une sortie de ladite unité de transport d'énergie thermique et une entrée de retour de ladite unité, une pluralité d'organisations d'utilisateurs d'énergie thermique, chacun desdits organisations d'utilisateurs comportant une boucle de distribution d'énergie thermique connectée à ladite boucle d'approvisionnement et équipée d'un point de soutirage de fluide caloporteur pour en extraire de l'énergie thermique, et d'un point d'injection pour réinjecter iedit fluide calorifique dans ladite boucle d'approvisionnement, après un soutirage d'énergie thermique par ledit utilisateur, ladite boucle d'approvisionnement étant déposée dans une zone ménagée dans le terrain environnant, contenant ledit réseau urbain d'échange thermique du type anergie.

Technique antérieure

Les réseaux urbains d'échanges thermiques appelés réseaux anergie, véhiculent, dans un circuit constitué d'une ou de plusieurs boucles, un liquide caloporteur à relativement basse température afin qu'il puisse capter de l'énergie calorifique dans le milieu dans lequel il est logé. En effet, lorsque la température moyenne du sol dans lequel sont placées les boucles qui véhiculent le liquide caloporteur est supérieure, ne serait-ce que de quelques degrés, de la température du liquide caloporteur, les échanges thermiques se font dans le sens sol - conduit et non plus dans le sens conduit-sol, comme dans les circuits de distribution de chaleur classiques, dans lesquels on note une déperdition de chaleur, soit une perte d'énergie, alors que le précédent correspond à un apport d'énergie. Bien entendu, le prélèvement de calories doit être effectué via une pompe à chaleur. Ce constat est bien connu, mais seuls les réseaux anergie sont en mesure de le solutionner. On a toutefois constaté que la capacité de stockage d'énergie thermique naturelle n'était pas illimitée et que la chaleur produite par exemple en été, par le rayonnement solaire, s'épuisait très vite et ne pouvait pas être conservée très longtemps. Il est dès lors évident que tous les moyens naturels permettant de stocker une énergie thermique d'origine solaire, disponible gratuitement pendant la courte période estivale ou des moyens naturels pour stocker une énergie thermique d'origine industrielle, disponible pendant des périodes de consommation creuses, sont efficaces pour augmenter la rentabilité d'un réseau urbain du type anergie, de distribution d'énergie thermique. On notera également que de nombreuses activités industrielles sont génératrices de chaleur qui est alors considérée comme un inconvénient et doit être éliminée. C'est notamment le cas de certaines activités plasturgiques où la matière première, le thermoplastique doit être chauffé pour être thermoformé et qui doit être refroidi ensuite pour être utilisé. Le refroidissement se fait habituellement en pure perte.

Exposé de l'invention

La présente invention se propose de pallier l'ensemble des inconvénients mentionnés ci-dessus en développant un réseau de distribution d'énergie thermique à distance du type anergie, dans lequel le fluide caloporteur est véhiculé à une température inférieure ou proche de la température moyenne du l'environnement dans lequel sont disposés les conduits. L'invention se propose également d'augmenter la capacité de stockage d'énergie thermique de cet environnement afin de prolonger la durée de captage d'énergie thermique naturellement disponible temporairement et d'allonger la période pendant laquelle cette énergie thermique est récupérable lorsqu'elle est naturellement injectée dans le réseau anergie. En outre, le réseau est en mesure d'utiliser aussi bien le réseau thermique chaud que le réseau thermique froid, de sorte qu'un même réseau est capable de constituer une source d'énergie chaude et d'énergie froide. Ces buts sont atteints par le réseau de chauffage urbain, tel que défini en préambule et caractérisé en ce que caractérisé en ce que :

au moins une desdites organisations d'utilisateurs est associée à un circuit dit circuit de stockage d'énergie thermique,

- ledit circuit de stockage d'énergie thermique est constitué d'une part d'un conduit d'aller et d'un conduit de retour, parcourus par un fluide caloporteur, et d'autre part d'au moins un ensemble d'éléments de stockage d'énergie thermique, montés entre ledit conduit d'aller et ledit conduit de retour, et

ledit conduit d'aller et ledit conduit de retour dudit circuit de stockage d'énergie thermique, comportent des moyens pour transmettre dans ladite organisation d'utilisateur au moins une partie de l'énergie thermique prélevée dans ledit circuit de stockage d'énergie thermique.

De manière avantageuse, ledit ensemble d'éléments comporte plusieurs éléments individuels qui sont connectés en parallèle entre le conduit d'aller et ledit conduit de retour.

Selon une autre réalisation, ledit ensemble d'éléments comporte plusieurs éléments individuels qui sont connectés en série entre le conduit d'aller et ledit conduit de retour.

De manière particulièrement avantageuse, lesdits moyens pour transférer dans ladite organisation d'utilisateur, de l'énergie thermique prélevée dans ledit circuit de stockage d'énergie thermique, comportent un échangeur de chaleur auquel sont couplés ledit conduit d'aller et ledit conduit de retour dudit circuit de stockage d'énergie thermique.

De façon particulièrement avantageuse, ledit conduit d'aller et ledit conduit de retour des circuits d'accumulation d'énergie thermique, sont fermés à une de leurs extrémités et connectés audit échangeur de chaleur correspondant. De manière avantageuse, lesdites ensemble d'éléments de stockage d'énergie thermique, comportent au moins en partie une forme de corbeille de stockage d'énergie thermique et chacune une spirale parcourue par ledit fluide caioporteur qui circule dans ledit circuit d'aller puis dans ledit circuit de retour.

Selon une forme de réalisation, lesdits ensembles d'éléments de stockage d'énergie thermique, du circuit d'accumulation d'énergie thermique affectée à une organisation d'utilisateur, sont raccordés à une pompe à chaleur associée à ladite organisation d'utilisateur. ladite spirale d'un tube thermiquement conducteur de chacun desdits éléments de stockage d'énergie thermique est logée dans une cavité verticale ménagée dans le sol, en-dessous de ladite boucle de distribution d'énergie thermique. Avantageusement, au moins un circuit de stockage d'énergie thermique est associé à au moins un tronçon de la boucle d'approvisionnement dudit réseau d'échanges thermiques. Selon une forme de réalisation, lesdits éléments de stockage d'énergie thermique peuvent être logés dans un habitacle sensiblement cylindrique en un matériau thermiquement conducteur, ledit habitacle étant placé dans ladite cavité verticale ménagée dans le sol. De manière avantageuse, lesdits éléments de stockage d'énergie thermique peuvent être disposés chacun dans une cavité verticale, disposée sensiblement au centre de ladite tranchée dans laquelle est logée ladite unité de transport 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 partie du réseau urbain d'échanges thermiques selon l'invention, illustrant notamment le circuit de stockage d'énergie thermique associé à chacune des organisations d'utilisateurs, la figure 2 est une vue agrandie qui illustre des éléments de stockage d'énergie thermique, par exemple sous la forme de corbeilles, et leur connexion avec une organisation d'utilisateur, la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une tranchée dans laquelle est installé un conduit anergie d'une boucle de distribution d'énergie thermique vers une organisation d'utilisateur et un élément de stockage d'énergie thermique, selon l'invention, et la figure 4 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une tranchée dans laquelle est installé un réseau anergie avec une boucle de distribution d'énergie thermique à une organisation d'utilisateur, par exemple sous forme de corbeilles de stockage d'énergie thermique. MeiHeure(s) manlèrefs) de réaliser l'invention

En référence aux figures, notamment la figure 1 , le réseau 10 d'échanges thermiques comporte au moins une unité 14 de concentration ou de production d'énergie thermique et au moins une boucle dite boucle d'approvisionnement 12 d'énergie thermique, comportant au moins un conduit 11 , faisant partie d'un réseau, agencé pour véhiculer un liquide caloporteur 13 entre une sortie de ladite unité 14 de production d'énergie thermique et un retour de ladite unité 14 de concentration ou de production d'énergie thermique. Ladite boucle d'approvisionnement 12, qui fait partie d'un réseau plus ou moins complexe, est raccordée à une pluralité d'organisations d'utilisateurs 15 d'énergie thermique, chacun desdits organisations d'utilisateurs comportant au moins une boucle de transport 16 d'énergie thermique connectée à ladite boucle d'approvisionnement 12 et équipée d'un point de soutirage de fluide caloporteur pour en extraire de l'énergie thermique et d'un point d'injection pour réinjecter ledit fluide calorifique 13 dans ladite boucle d'approvisionnement, après un prélèvement d'énergie thermique par ledit utilisateur connecté à la boucle d'approvisionnement 12. En parlant d'énergie thermique il est bien entendu passible de parler soit d'énergie chaude soit d'énergie froide, les deux actions pouvant être menées à bien avec un réseau d'échanges thermiques dont la température moyenne est proche de la température moyenne du terrain.

Dans la pratique, le soutirage et la réinjection de calories, notamment, sont effectués par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 17, en principe un échangeur à plaques qui est monté sur la boucle de distribution 16 d'énergie thermique. Chacune des parties de la boucle de distribution 16 d'énergie thermique est en finalité raccordée à une organisation d'utilisateur 15. Toutefois pour des raisons pratiques, le circuit de distribution 16 d'énergie thermique est connecté à l'échangeur de chaleur 17 de la manière suivante : un circuit d'entrée 16a traverse l'échangeur de chaleur 17, pénètre dans une pompe à chaleur 20 et entre dans l'organisation d'utilisateur 15. Après prélèvement d'énergie thermique ou de froid, par et dans un dispositif d'utilisateur 15a qui fait partie d'une organisation d'utilisateur 15, le fluide caioporteur qui est chargé de transporter de l'énergie pour l'apporter à l'organisation d'utilisateur 15, ressort par le circuit de sortie 16b et traverse, dans l'autre sens l'échangeur de chaleur 17. Le circuit de l'échangeur de chaleur 17 est disposé à l'entrée de l'organisation d'utilisateur 15. La pompe à chaleur 20 est indispensable pour permettre de chauffer ou de refroidir l'organisation d'utilisateur 15 en chaleur et/ou en froid avec un réseau du type anergie 10.

Afin d'améliorer la capacité de stockage du milieu environnant dans lequel est disposé le réseau anergie 10 d'échanges thermiques, chaque organisation d'utilisateur 15 de ladite pluralité d'organisations d'utilisateurs 15 est associée à un dispositif de stockage d'énergie thermique 18. Ce dispositif de stockage thermique 18 est constitué d'une part d'un conduit aller 18a et d'un conduit de retour 18b, par exemple sensiblement parallèles entre eux et parcourus par un fluide caloporteur 131. Par ailleurs, ce dispositif peut comporter un ensemble de supports, par exemple sous la forme de corbeilles 19 de stockage d'énergie thermique, associés audit conduit aller 18a et audit conduit de retour 18b du dispositif de stockage d'énergie thermique 18, Le couplage peut être effectué de manière directe soit d'une manière indirecte, soit par un montage en série soit par un montage en parallèle ou partiellement en série et partiellement en parallèle. Ledit circuit de stockage thermique 18 comporte des moyens pour stocker de l'énergie thermique et, le cas échéant, pour transférer dans ladite organisation d'utilisateur 15, une partie de cette énergie ou réserve d'énergie stockée dans ledit circuit de stockage d'énergie thermique 18. Ces moyens peuvent comporter plusieurs dispositifs ou plusieurs corbeilles 19 qui sont placées dans des cavités verticales 30, localisées en-dessous de tranchées 50 qui abritent chaque boucle de distribution 16 d'énergie thermique correspondant à une organisation d'utilisateur 15. Les corbeilles 19 peuvent être composées d'une spirale 19a faite d'un enroulement d'un tube 19b et qui comporte une arrivée 19c raccordée au conduit aller 18a correspondant et une sortie 19d raccordée au conduit de retour 18b correspondant, comme le montre plus précisément la figure 2. Les figures 3 et 4 représentent des vues en coupe, respectivement transversale et longitudinale des boucles d'approvisionnement 18 étant déposée dans une tranchée 50 ménagée dans le terrain environnant. Les conduits 16a et 16b de la boucle de distribution 16 affectée à un utilisateur, sont posés à proximité du fond de la tranchée 50 et recouverts d'au moins une couche de matériaux de remblaiement 51 , fins tel que du sable, ou plus volumineux, tels que du gravier ou des produits de concassage. Les conduits 16a et 16b ont une forme de tube à paroi simple réalisés en un matériau thermiquement bon conducteur. Ils véhiculent une fluide caloporteur 13 et échangent de l'énergie thermique avec les matériaux environnants et notamment les matériaux contenus dans la tranchée 50. Sur le fond de la tranchée 50 sont également posés deux conduits 18a et 18b qui constituent les deux branches du circuit de stockage d'énergie thermique 18 correspondant à chacune des organisations d'utilisateurs 15. Les corbeilles 19 peuvent être connectées en parallèle sur les deux conduits 18a et 18b.

Comme le montre la vue en coupe longitudinale de la figure 4, les corbeilles 19 sont espacées l'une par rapport à la suivante d'une distance relativement régulière qui est comprise entre 2 et 5m, avantageusement entre 3 et 4m et de préférence de l'ordre de 3,5m, en fonction de la nature du terrain. L'écart entre les corbeilles 19 est nécessaire pour qu'une quantité suffisante d'énergie thermique puisse être stockée efficacement par le sol autour de la spirale 19a de tube 19b. Toute cette énergie thermique accumulée pourra par la suite être restituée par le circuit 18 de stockage d'énergie thermique au circuit 16 de distribution d'énergie thermique correspondant à l'utilisateur concerné.

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. D'une part les corbeilles pourraient avoir des formes géométriques différentes, par exemple des réseaux de grilles parallèles et superposées, de telle sorte que les sections soient parallèlement connectés en parallèle et en série. L'idée serait de trouver une géométrie permettant d'accumuler la plus grande quantité d'énergie extérieure sur une surface la plus faible possible en vue de conserver la meilleure efficacité aux systèmes de stockage de l'énergie.