Stockage d'énergie thermique par changement de phase – Application aux réseaux de chaleur

Cette etude concerne un systeme de stockage d’energie thermique par changement de phase, de type tubes et calandre et destine a etre raccorde a la sous-station d’un reseau de chaleur. Le travail s’axe autour des transferts thermiques dans le MCP et du regime de convection dans le fluide caloporteur.La premiere etude experimentale s’attache a montrer l’importance des inserts a l’interieur du tube ou circule le fluide caloporteur, pour sortir des regimes de convection mixte defavorables au systeme. Deux tubes ailettes sont testes avec deux types d’insert differents. Les inserts testes sont cylindriques et helicoidaux. Les performances thermiques sont meilleures avec ces derniers. Les tubes ont des densites d’ailettes suffisamment elevees pour que les transferts thermiques par convection, dans le MCP, soient negligeables. Une approche analytique a permis d’estimer les conductivites thermiques effectives dans le MCP au contact des ailettes a partir des resultats experimentaux. Elles sont estimees a 7,4 et 10,9 W/m/K pour des densites d’ailettes de 7 et 10 fpi respectivement.La seconde campagne experimentale se penche sur des geometries d’echangeurs novatrices : des tubes equipes soit d’une mousse stochastique en cuivre, soit d’une mousse reguliere en aluminium. Les conductivites thermiques effectives sont estimees a 13,4 et 39,5 W/m/K respectivement. Le potentiel de ces echangeurs est mis en avant a travers des comparaisons avec d’autres geometries d’echangeurs. En particulier, l’echangeur a mousse de cuivre permet de transferer plus d’energie en un temps plus court qu’un echangeur a ailettes radiales en cuivre, bien que la quantite de cuivre dans la mousse soit moindre que dans les ailettes.Enfin, un modele numerique de CFD 2D-axisymetrique est valide experimentalement. Ce modele confirme que la convection naturelle a une influence negligeable sur les performances thermiques a l’echelle du systeme, mais qu’elle joue un role dans la forme du front de fusion entre et en peripherie des ailettes.