EP4490449B1 - Pompe a chaleur a deux systemes de stockage et restitution d'energie thermique - Google Patents

Pompe a chaleur a deux systemes de stockage et restitution d'energie thermique

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EP4490449B1
EP4490449B1 EP23710891.5A EP23710891A EP4490449B1 EP 4490449 B1 EP4490449 B1 EP 4490449B1 EP 23710891 A EP23710891 A EP 23710891A EP 4490449 B1 EP4490449 B1 EP 4490449B1
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EP
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thermal
heat pump
energy
energy storage
heat
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EP4490449A1 (fr
EP4490449C0 (fr
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Christophe Poncelet
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Propellane SAS
Original Assignee
Propellane SAS
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/04—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type
    • F25B1/053—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of rotary type of turbine type
    • 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
    • F28D20/0034—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators
    • 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
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2250/00—Special cycles or special engines
    • F02G2250/03—Brayton cycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—Component parts or details not otherwise provided for in this subclass
    • F25B2400/24—Thermal storage element

Definitions

  • the invention relates to an electric heat pump comprising at least two thermal energy storage systems enabling the release of thermal energy at temperatures ranging from -100°C to +800°C, in particular the release of thermal energy in the form of heat at temperatures between +100°C and +800°C and/or cold at temperatures between -100°C and +150°C, as well as a method for supplying such thermal energy using such a heat pump.
  • cold refers to a "relative" cold, compared to the temperatures involved in the production of thermal energy in the form of heat.
  • Fatal energy corresponds to residual energy (i.e., lost if it is not recovered) produced by buildings and industries.
  • DE102018221850A1 discloses a heat pump system enabling heating and cooling (between -15°C and 60°C), with a liquid-liquid heat pump connected on one side to a heat source and on the other side to a heat sink including in particular a hot water tank.
  • JP2016211830A discloses the use of a heat pump for heating and cooling. More specifically, the disclosed temperature ranges are between 0°C and approximately 100°C.
  • JP3037649B2 discloses a dehumidifying air conditioning system, in which the energy efficiency of the air conditioning system as a whole is increased to reduce operating costs, while minimizing energy consumption during the day and minimizing thermal radiation to the outside air during nighttime heat buildup.
  • the simultaneous production of two flows allows for improved energy efficiency and provides industrial users with a thermal energy supply solution that drastically reduces CO2 emissions without increasing production costs, or even lowers them depending on the prices of locally available energy sources.
  • the use of a single-stage, centrifugal electric turbocompressor increases the compactness and efficiency of the heat pump, as well as reducing its cost.
  • such a single-stage, centrifugal electric turbocompressor operates without oil, thus preventing contamination or acidification within the system.
  • the use of a single turbocompressor means that there is only one operating point (usually defined by the flow rate/compression ratio) for the compressor/turbine combination in the gas circulation circuit, which is common for a single charge and discharge cycle of the heat pump.
  • a “single turbocharger,” also called a “single turbomachine,” is understood to mean a single machine that simultaneously increases gas pressure and reduces gas pressure at another point in the circuit.
  • radial turbochargers piston turbochargers (more commonly called “compressors”) and centrifugal turbochargers.
  • piston turbochargers more commonly called “compressors”
  • centrifugal turbochargers have few moving parts subject to friction, relatively high energy efficiency, and move a higher gas flow rate than similarly sized reciprocating compressors.
  • Turbochargers cannot achieve the same compression ratio as reciprocating compressors, which are capable of reaching pressures of 100 MPa in multi-stage configurations.
  • single-stage turbocharger means a turbocharger comprising a single compression and expansion train, in other words, a single compression structure (or part), also called a “compressor”; and a single expansion structure (or part), also called a “turbine”.
  • the single-stage centrifugal electric turbocharger has a compression ratio between 1 and 5, the compression ratio being defined as the ratio between the outlet pressure of the turbocharger's compressor section and the inlet pressure of said compressor section.
  • the compression ratio being defined as the ratio between the outlet pressure of the turbocharger's compressor section and the inlet pressure of said compressor section.
  • the heat pump according to the present invention can be characterized in that said at least two thermal energy storage systems are configured to store thermal energy in the form of heat and in the form of cold.
  • the gas used in the reverse Brayton cycle of the heat pump can be air (i.e., about 20% oxygen in about 80% nitrogen), or a noble gas such as helium or argon, or a mixture of these. gas.
  • the gas can be an inert gas such as nitrogen.
  • the single-stage centrifugal electric turbocharger produces a pressure less than or equal to 8 bar, preferably between 1 and 5 bar (corresponding to said compression ratio between 1 and 5, for a gas initially at atmospheric pressure).
  • the heat pump according to the present invention can be characterized in that the different operating components of said heat pump are isolated in modules, said modules being configured to be connected to each other, for example, by physical connections such as valves (for example, remotely controllable), pipes to be connected and/or hoses.
  • modules being configured to be connected to each other, for example, by physical connections such as valves (for example, remotely controllable), pipes to be connected and/or hoses.
  • the heat pump according to the present invention can be characterized in that it is configured to be coupled to at least one natural heat source and/or at least one artificial heat source such as a gas boiler, a gas oven, solar heat, a dryer and/or artificial heat loss.
  • at least one natural heat source such as a gas boiler, a gas oven, solar heat, a dryer and/or artificial heat loss.
  • at least one artificial heat source such as a gas boiler, a gas oven, solar heat, a dryer and/or artificial heat loss.
  • the heat pump according to the present invention can be characterized in that it is configured to be coupled to at least one artificial heat source, in particular at the exhaust, loss or outlet of an artificial heat source such as at the exhaust, loss or outlet of a gas boiler, a gas furnace, solar heat or waste heat, a dryer and/or artificial heat loss.
  • at least one artificial heat source in particular at the exhaust, loss or outlet of an artificial heat source such as at the exhaust, loss or outlet of a gas boiler, a gas furnace, solar heat or waste heat, a dryer and/or artificial heat loss.
  • scape means a final controlled phase of energy circulation, for example in the form of hot steam or smoke, from an artificial heat source.
  • loss refers to a useful deprivation of energy from the artificial heat source. This deprivation is most often uncontrolled, difficult to control, or results from poor management or configuration of the artificial heat source.
  • output of a heat source it is understood in the context of the present invention to mean a channeled and expected output of a heat source, that is to say, where it is expected to recover the majority of said heat (for example, steam condensates, via the return circuit of a process).
  • the heat pump according to the present invention can be characterized in that it is configured to be connected to a heating circuit and/or a cooling circuit.
  • the heat pump according to the present invention can be characterized in that it is configured to be connected to a primary heating circuit and/or a primary cooling circuit.
  • the heat pump according to the present invention can be characterized in that it is sized to supply energy between 50 kWh and 5 MWh.
  • the heat pump comprises four thermal energy storage systems, two thermal energy release systems, two three-way valves and two pumping elements; a first end of a first thermal energy storage system being connected to a first end of a second thermal energy storage system via a first gas circulation branch; a first end of a third thermal energy storage system being connected to a first end of a fourth thermal energy storage system via a second gas circulation branch; a first thermal energy release system being arranged to exchange thermal energy with the first gas circulation branch, a second thermal energy release system being arranged to exchange thermal energy with the second gas circulation branch; a first three-way valve being connected to a second end of the first thermal energy storage system, to a second end of the second thermal energy storage system and to a second end of the third thermal energy storage system; a second three-way valve being connected to the second end of the second thermal energy storage system, to the second end of the third thermal energy storage system and to a second end of the fourth thermal energy storage system; a first pumping element connecting the second end of the second thermal energy
  • This particular embodiment allows for a different order in which the gas passes through the various thermal energy storage systems (and therefore the temperatures involved) depending on whether the heat pump is in a charging or discharging cycle (thanks to the use of valves and pumping devices).
  • This configuration makes it possible to compress the gas from potentially higher temperatures, thus either producing higher temperatures or producing the same temperature but with a lower compression ratio.
  • the heat pump in this particular embodiment can produce heat and/or cooling at different times of use, and can store both types of thermal energy. Thanks to the presence of separate distribution circuits, the heat pump can also provide heat and/or cooling simultaneously or independently.
  • the heat pump further comprises a two-way valve and three check valves; the two-way valve being connected on the first gas circulation branch between the first connection point and the second connection point; a first check valve being connected between the outlet of the compressor part of the electric turbocharger and the second connection point of the first gas circulation branch; a second check valve being connected between the outlet of the turbine part of the electric turbocharger and the second connection point of the second gas circulation branch; a third check valve being connected on the second gas circulation branch between the first connection point and the second connection point.
  • the heat pump further comprises three additional heat recovery systems, four additional two-way valves, and four additional three-way valves; a first end of a first additional heat recovery system being connected to a first end of the first heat recovery system via a first two-way valve; a second end of the first additional heat recovery system being connected to a second end of the first heat recovery system via a second two-way valve; a first end of a second additional heat recovery system being connected to a first end of the second heat recovery system via a third two-way valve; a second end of the second additional heat recovery system being connected to a second end of the second heat recovery system via a fourth two-way valve; a first end of a third additional thermal energy recovery system being connected to the first connection point on the first gas circulation branch; a second end of the third additional thermal energy recovery system being connected to the second connection point on the second gas circulation branch; a first additional three-way valve being connected to the inlet of the compressor section of the electric turbocharger,
  • this particular embodiment of the heat pump is capable of producing instantaneous heating and cooling while simultaneously discharging heat and cold from the thermal energy storage systems. This is advantageous because it allows for the addition of instantaneous power to the heat pump's discharge cycle, for example, to meet peak demand with minimal additional equipment costs (three additional thermal energy recovery systems). This avoids the need to oversize the system (particularly by increasing the size of the thermal energy storage systems to store more energy and/or by increasing the size of the machine, for example, to produce and store more energy at night).
  • step (a) is a mechanical compression charging cycle of at least one vapor with preferably a mechanical expansion of said at least one vapor.
  • the process according to the present invention can be characterized in that the discharge cycle step (b) is carried out in parallel with the charge cycle step (a).
  • discharge flow a fluid flow (such as a heat transfer gas) called the "discharge flow".
  • discharge flow a fluid flow (such as a heat transfer gas)
  • the discharge flow can be divided into several discharge flows, called split discharge flows, each of which can be directed to different applications.
  • a split discharge stream can be directed to a storage system, such as a secondary storage system, which can allow for temperature scaling.
  • a "heat pump” is understood to mean a device that transfers thermal energy from one medium to a second medium at a higher temperature, thus reversing the natural, spontaneous flow of thermal energy.
  • HT high-temperature
  • VHT very high-temperature
  • LT low-temperature
  • VLT very low-temperature
  • heat pumps There are several classic types of heat pumps: vapor compression heat pumps, Peltier effect heat pumps, thermoacoustic heat pumps, thermomagnetic heat pumps, gas absorption heat pumps, and Stirling heat pumps.
  • a "heat pump” in the context of this invention is an electric heat pump of the air cycle type (for example, a gas refrigeration cycle).
  • This heat pump works by extracting heat from a low-pressure storage tank, also known as a "cold" tank. The gas is then compressed in a compressor. in order to increase its temperature. In the context of the present invention, this heat is stored. In parallel, the cold generated at the turbine outlet (expansion) is also recovered and stored.
  • a Brayton cycle driven in reverse is called a reversed Brayton cycle. Its purpose is to move heat from a colder body to a warmer body, rather than doing work. According to the second law of thermodynamics, heat cannot spontaneously flow from a cold system to a hot system without external work being done on the system. Heat can flow from a colder body to a warmer body, but only when forced by external work. This is precisely what refrigerators and heat pumps accomplish. These are driven by electric motors that require work from their surroundings to operate.
  • a reversed Brayton cycle which is similar to the ordinary Brayton cycle but is driven in the opposite direction, via a net work input. This cycle is also known as the gas refrigeration cycle, air cycle, or Bell-Coleman cycle.
  • This type of cycle is widely used in airliners and trains for air conditioning systems that utilize air from the engine compressors. It is also widely used in the LNG (Liquefied Natural Gas) industry, where the largest reversed Brayton cycle is for subcooling LNG using 86 MW of power from a gas turbine-driven compressor and nitrogen refrigerant (source of this common knowledge: "thermal-engineering.org”).
  • LNG Liquefied Natural Gas
  • high temperature refers to a temperature range between +60 and +100°C, preferably between +70 and +95°C.
  • This type of heat pump can be found in commercial heat pumps, including those marketed to consumers. Their efficiency decreases as the temperature difference between the cold source and the source to be heated increases.
  • temperatures given in the context of the present invention are in reference to the temperature of 0°C, i.e. the freezing point of water at one atmosphere at sea level (i.e. 101325 Pa corresponding to an absolute pressure of 1 bar).
  • very high temperature means a range of temperatures above +100°C, for example, greater than or equal to +150°C, greater than or equal to +200°C, greater than or equal to +300°C, greater than or equal to +400°C.
  • a very high temperature in the context of this invention may include temperatures between +150 and +500°C, preferably between +150 and +400°C, or between +250 and +350°C.
  • low temperature it is understood in the context of the present invention that “low temperature” is understood to mean a temperature range between -20 and +5°C, preferably between -15 and -5°C.
  • very low temperature means a range of temperatures below -20°C, for example, less than or equal to -30°C, less than or equal to -40°C, less than or equal to -50°C, or less than or equal to +60°C.
  • a very low temperature in the context of this invention may include temperatures between -30 and -150°C, preferably between -40 and -100°C, or between -50 and -80°C.
  • thermal energy storage systems means any means of preserving a quantity of thermal energy for later use.
  • Thermal energy can be either hot or cold. Indeed, heat itself is a form of energy. In the case of stored cold, since producing cold requires energy, storing cold constitutes energy storage.
  • thermo energy recovery system means a means of delivering thermal energy.
  • thermal energy recovery systems configured for implies that the tanks are interchangeable (one tank can be used for heating and then for cooling during other series of charge and discharge cycles).
  • “separate or parallel delivery” refers to the separate or parallel delivery of thermal energy from at least two different storage systems. Separate delivery allows for the initial supply of thermal energy from at least one storage system followed by thermal energy from at least one second storage system. Parallel delivery allows for the simultaneous supply of thermal energy from at least one storage system and thermal energy from at least one second storage system.
  • module means an element that can be juxtaposed or even combined with one or more others, which may be of the same nature or complementary to the first.
  • natural heat source means thermal energy that does not result from any human intervention, such as a geothermal or water source (lake, sea, river, etc.).
  • artificial heat source means thermal energy from human intervention, such as an oven, boiler, equipment such as air conditioning, compressors, machines, generators, a residential, commercial, tertiary, industrial and/or computer process, energy from a solar thermal system or even waste heat.
  • load cycle means a series of events that may be recurrent, i.e., a cycle, enabling the production of thermal energy that is either distributed instantaneously or stored as thermal energy.
  • gas means any substance in a gaseous state.
  • a gas also includes a vapor, which results from the vaporization of a liquid (at any temperature).
  • mechanical expansion refers to the expansion of gas initially compressed via a turbine.
  • discharge cycle means the inverse function of a charge cycle, i.e., enabling the release of thermal energy stored in storage systems.
  • a heat exchanger is understood to mean a device that transfers thermal energy from one fluid to another without mixing them. This refers to a “transfer fluid,” that is, a fluid as defined above, that allows the thermal energy to be moved from one location to another.
  • liquid/liquid, gas/liquid, or gas/gas heat exchangers such as plate heat exchangers or shell and tube heat exchangers that can be used in the context of the present invention.
  • the object of the present invention may include one or more sensors, which combined with the use of software (and its algorithms) allow the heat pump to be controlled according to the present invention.
  • modules or sub-modules as defined above can be combined with other similar modules or sub-modules as needed.
  • waste or solar thermal energy flows with all of these modules and/or sub-modules for example, by adding one or more heat exchangers.
  • the object of the present invention also makes it possible to raise the temperature level of the recovered waste or solar thermal energy, to store it, and to release it according to the desired use.
  • the various functional elements of the heat pump according to the present invention can be isolated in modules.
  • This modular system allows the heat pump to be easily arranged according to the physical layout of the site where it is to be installed. Indeed, modularity allows the heat pump to be adapted to on-site production needs, for example, by increasing or decreasing the production (power) or storage (energy) capacities of thermal energy. Furthermore, modularity allows for variations in original configurations. For example, modularity can allow the insertion of several storage systems to achieve a diversity of temperatures, whether at the input (recovery of waste heat at different temperature levels and/or temperature variations) and/or at the output (production of thermal energy at a specific temperature and/or with varying temperature requirements).
  • the modules comprising the different elements are adapted for their movement in containers.
  • Module recombination limits the number of module variants, thus optimizing system costs while enabling the ability to address a larger range of applications. number of different needs.
  • thermal energy storage can be achieved by installing elements in storage systems such as tanks (for example, those mentioned above) that, during a charging phase, absorb and store thermal energy, for example, by stacking smaller blocks (compared to said tanks) at different levels.
  • These blocks can be in the form of gravel, refractory bricks, ceramic pieces, cement pieces, rock pieces (for example, volcanic or granitic), or even zeolites.
  • stacking on different levels can take the form of capsules containing conventional PCMs (phase change materials) such as certain sands (such as molten salts), notably KNO3 - 60% NaNO3 or NaCl/ MgCl2 (57/43) used for more than 20 years in concentrated solar power (CSP) plants, paraffin, CaCl2 6H2O .
  • PCMs phase change materials
  • sands such as molten salts
  • KNO3 - 60% NaNO3 or NaCl/ MgCl2 (57/43) used for more than 20 years in concentrated solar power (CSP) plants, paraffin, CaCl2 6H2O .
  • the tanks and pipes will be thermally insulated with conventional insulating materials such as rock wool or other standard insulation.
  • the heat pump according to the present invention thus comprises at least two cycles, one called charging and the other called discharging.
  • a compressor 1 and a turbine 2 can be seen connected to each other by an electrical and/or mechanical link 13, driven by an electric motor 3.
  • the compressor and the turbine are both connected by pipes 10 to a first storage system 4 on the one hand, and to a second storage system 5 on the other hand, thus establishing a loop between the compressor 1, the turbine 2, the first storage system 4 and the second storage system 5.
  • the compressor 1 and the turbine 2 form a single-stage centrifugal electric turbocompressor.
  • FIG. 2 is a schematic representation of the heat pump of the [ Fig.1 [ ], connected to thermal energy release systems 6, represented here in a load cycle.
  • the first storage system 4 and the second storage system 5 are thus each respectively connected to a thermal energy release system 6, allowing them to supply heat or cold to a customer system 7.
  • the direction of the flow represented by the arrows 8 implies here that thermal energy in the form of heat is concentrated in the second storage system 5, while thermal energy in the form of cold is concentrated in the first storage system 4.
  • the cold thermal energy storage is at low pressure.
  • a temperature gradient can then be created in the first storage system 4 and in the second storage system 5 such that, theoretically, Q1 is at a higher temperature (i.e., hotter) than Q2, and Q3 is at a lower temperature (i.e., cooler) than Q3. cold) than Q4.
  • Q1 is at a higher temperature (i.e., hotter) than Q2
  • Q3 is at a lower temperature (i.e., cooler) than Q3. cold) than Q4.
  • no discharge is shown in the [ Fig. 2 ].
  • FIG. 4 is a top-view representation of the assembly diagram according to the figures 2 And 3 Compressor 1, turbine 2, and motor 3, along with its (electrical) power unit and any standard fittings, are assembled in a working group 9.
  • Working group 9 first storage system 4, second storage system 5, and pipes 10 constitute a first heat pump assembly 14 according to the present invention.
  • FIG. 5 is a top-view representation of an assembly diagram showing the elements of the [ Fig. 4 [furthermore, it presents a source 11 of waste energy (or thermal energy of natural or solar origin) allowing a thermal energy input represented by arrow 12. Any means of capturing this waste energy can be applied (for example, a heat exchanger connected to the pipe circuit 10 of the heat pump assembly 14 according to the present invention). It is possible to place a thermal energy input between the storage system 5 and the turbine of the working unit 9, and/or between the storage system 4 and the (turbo-)compressor of the working unit 9.]
  • FIG. 6 [ ] represents a heat pump assembly 14 according to the present invention, comprising two thermal energy storage systems 4A and 5A and a working unit 9.
  • the working unit 9 is doubly connected to each of the storage systems 4A, 4B, 5A, and 5B.
  • the thermal energy storage system 4A is connected by a pipe 10 to the thermal energy storage system 4B.
  • the thermal energy storage system 5A is connected by a pipe 10 to the thermal energy storage system 5B.
  • the heat exchangers 6 are located outside the assemblies 14 and 15. It is also possible for the heat exchangers to be located inside the sets 14, 15.
  • sets 14 and 15 of figures 4, 5 And 6 can be containers.
  • FIG. 7 is a perspective representation of the heat pump of the [ Fig.1 inserted into a container 14.
  • Fig. 8 [ ] is a conceptual diagram representing a particular embodiment of a heat pump according to the present invention, in a heat pump charging cycle.
  • the heat pump comprises four thermal energy storage systems 16A-16D, two thermal energy release systems 18A, 18B, two three-way valves 20A, 20B, two pumping elements 22A, 22B, one two-way valve 24 and three non-return valves 26A-26C.
  • a first end 16A1 of a first thermal energy storage system 16A is connected to a first end 16B1 of a second thermal energy storage system 16B via a first gas circulation branch 28A.
  • a first end 16C1 of a third thermal energy storage system 16C is connected to a first end 16D1 of a fourth thermal energy storage system 16D via a second gas circulation branch 28B.
  • a first thermal energy recovery system 18A (preferably a heat exchanger) is arranged to exchange thermal energy with the first gas circulation branch 28A.
  • a second thermal energy recovery system 18B (preferably a heat exchanger) is arranged to exchange thermal energy with the second gas circulation branch 28B.
  • a first three-way valve 20A is connected to a second end 16A2 of the first thermal energy storage system 16A, to a second end 16B2 of the second thermal energy storage system 16B, and to a second end 16C2 of the third thermal energy storage system 16C.
  • a second three-way valve 20B is connected to the second end 16B2 of the second thermal energy storage system 16B, to the second end 16C2 of the third thermal energy storage system 16C and to a second end 16D2 of the fourth thermal energy storage system 16D.
  • a first pumping element 22A (typically a pump) connects the second end 16B2 of the second thermal energy storage system 16B to the corresponding port 20A1 of the first three-way valve 20A.
  • Another port 20A2 of the first three-way valve 20A is connected to the second end 16A2 of the first thermal energy storage system 16A, and the last port 20A3 of the first three-way valve 20A is connected to the second end 16C2 of the third thermal energy storage system 16C.
  • a second pumping element 22B (typically a pump) connects the second end 16C2 of the third thermal energy storage system 16C to the corresponding channel 20B1 of the second three-way valve 20B.
  • Another channel 20B2 of the second three-way valve 20B is connected to the second end 16D2 of the fourth thermal energy storage system 16D, and the last channel 20B3 of the second three-way valve 20B is connected to the second end 16B2 of the second thermal energy storage system 16B.
  • the inlet 1E of the compressor section 1 of the electric turbocharger is connected to the first end 16A1 of the first thermal energy storage system 16A at a first connection point 30A on the first gas circulation branch 28A.
  • the outlet 1S of the compressor section 1 of the electric turbocharger is connected to the first end 16B1 of the second thermal energy storage system 16B at a second connection point 30B on the first gas circulation branch 28A.
  • the inlet 2E of the turbine section 2 of the electric turbocharger is connected to the first end 16D1 of the fourth thermal energy storage system 16D at a first connection point 32A on the second gas circulation branch 28B.
  • the output 2S of the turbine part 2 of the electric turbocharger is connected to the first end 16C1 of the third thermal energy storage system 16C at a second connection point 32B on the second gas circulation branch 28B.
  • the two-way valve 24 is connected to the first gas circulation branch 28A between the first connection point 30A and the second connection point 30B.
  • a first check valve 26A is connected between the outlet 1S of the compressor section 1 of the electric turbocharger and the second connection point 30B of the first gas circulation branch 28A.
  • a second check valve 26B is connected between the outlet 2S of the turbine section 2 of the electric turbocharger and the second connection point 32B of the second gas circulation branch 28B.
  • a third check valve 26C is connected to the second gas circulation branch 28B between the first connection point 32A and the second connection point 32B.
  • the direction of flow represented by arrows 34 implies that thermal energy in the form of heat is concentrated in the second storage system 16B (after being extracted from the first storage system 16A and then compressed in compressor 1), while thermal energy in the form of cold is concentrated in the third storage system 16C (after being extracted from the fourth storage system 16D and then expanded in turbine 2).
  • Cold thermal energy storage is at low pressure (typically around one bar when the gas used is air), while hot thermal energy storage is at high pressure. (typically between one and five bars in absolute value when the gas used is air).
  • Cold thermal energy extraction is at high pressure, while hot thermal energy extraction is at low pressure.
  • the temperature gradients that develop in the second and third storage systems 16B, 16C cause thermal energy to be transferred from the second storage system 16B to the fourth storage system 16D on the one hand, and from the third storage system 16C to the first storage system 16A on the other.
  • the second storage system 16B is cooled by the discharge, thus creating a temperature gradient that causes the gas to circulate in the direction of the flow represented by the arrows 41.
  • the third storage system 16C is heated by the discharge, thus creating a temperature gradient that causes the gas to circulate in the direction of the flow represented by the arrows 42.
  • This particular embodiment of the heat pump is illustrated on the figures 8 to 11 This allows the order of gas flow in the first and fourth storage systems 16A, 16D to be "interchanged" during the discharge operation compared to the charging operation, without physically moving the storage systems 16A-16D.
  • the advantage of this operation is that it avoids introducing excessively large temperature differences (thermal shocks) that would disrupt the establishment of thermoclines in the thermal energy storage systems 16A-16D and thus be detrimental to the efficiency of the thermal storage and the application in general.
  • FIG. 12 [ ] is a conceptual diagram representing a particular embodiment of a heat pump according to the present invention, in a heat pump charging cycle.
  • the heat pump according to this particular embodiment comprises a single-stage centrifugal electric turbocompressor 1, 2, four thermal energy storage systems 16A-16D, two thermal energy release systems 18A, 18B, two three-way valves 20A, 20B, two pumping elements 22A, 22B, a two-way valve 24, and three non-return valves 26A-26C (all of which are connected in the same way as in the previous embodiment).
  • the heat pump also includes three additional thermal energy recovery systems 44A-44C, four additional two-way valves 46A-46D, four additional three-way valves 48A-48D, and four additional pumping elements 49A-49D.
  • This particular embodiment of the figures 12 to 15 therefore constitutes an improvement on the previous embodiment described with reference to figures 8 to 11
  • the elements described with the same numerical references as those of the figures 8 to 11 are identical to the latter and will therefore not be described in more detail later.
  • a first end 44A1 of a first additional thermal energy recovery system 44A is connected to a first end 18A1 of the first thermal energy recovery system 18A via a first and second additional two-way valve 46A, 46B.
  • a second end 44A2 of the first additional thermal energy recovery system 44A is connected to a second end 18A2 of the first thermal energy recovery system 18A.
  • a first end 44B1 of a second additional thermal energy recovery system 44B is connected to a first end 18B1 of the second thermal energy recovery system 18B.
  • a second end 44B2 of the second additional thermal energy recovery system 44B is connected to a second end 18B2 of the second thermal energy recovery system 18B via a third and fourth additional two-way valve 46C, 46D.
  • a first end 44C1 of a third additional thermal energy restitution system 44C is connected to the first connection point 30A on the first gas circulation branch 28A; and a second end 44C2 of the third additional thermal energy restitution system 44C is connected to the second connection point 32B on the second gas circulation branch 28B.
  • a first additional three-way valve 48A is connected to the inlet 1E of the compressor section 1 of the electric turbocharger, to the first connection point 30A on the first gas circulation branch 28A, and to the first end 44C1 of the third additional thermal energy recovery system 44C.
  • a second additional three-way valve 48B is connected to the outlet 1S of the compressor section 1 of the electric turbocharger, to the second connection point 30B on the first gas circulation branch 28A, and to one of the ports 48C1 of a third additional three-way valve 48C via a first gas line 50A.
  • the third additional three-way valve 48C is further connected to the inlet 2E of the turbine section 2 of the electric turbocharger and to the first connection point 32A on the second gas circulation branch 28B.
  • An additional fourth three-way valve 48D is connected to the outlet 2S of the turbine part 2 of the electric turbocharger, to the second connection point 32B on the second gas circulation branch 28B and to the second end 44C2 of the third additional thermal energy recovery system 44C via a second gas line 50B.
  • the first and third additional thermal energy recovery systems 44A, 44C are each arranged to exchange thermal energy with the first gas line 50A.
  • the second thermal energy recovery system Additional thermal 44B is arranged to exchange thermal energy with the second gas line 50B.
  • a first additional pumping element 49A (typically a pump) connects the second end 44A2 of the first additional return system 44A to the "hot" outlet 56 of the assembly formed by the first return system 18A and the first additional return system 44A.
  • a second additional pumping element 49B (typically a pump) connects the second end 18A2 of the first return system 18A to the "hot" outlet 56 of the assembly formed by the first return system 18A and the first additional return system 44A.
  • a third additional pumping element 49C (typically a pump) connects the first end 44B1 of the second additional return system 44B to the "cold" outlet 58 of the assembly formed by the second return system 18B and the second additional return system 44B.
  • a fourth additional pumping element 49D (typically a pump) connects the first end 18B1 of the second restitution system 18B to the "cold" outlet 58 of the assembly formed by the second restitution system 18B and the second additional restitution system 44B.
  • thermo energy in the form of heat is concentrated in the second storage system 16B (after being extracted from the first storage system 16A and then compressed in compressor 1), while thermal energy in the form of cold is concentrated in the third storage system 16C (after being extracted from the fourth storage system 16D and then expanded in turbine 2).
  • the turbine and electric compressor are combined into a single turbomachine, which is a single-stage centrifugal electric turbocompressor.
  • Metal tanks such as standard cylindrical metal tanks (steel or stainless steel) of various sizes, can be thermally insulated and capable of holding compressed air under a pressure of up to 10 bar, between 0.5 and 10m3, or even more.

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Description

  • L'invention se rapporte à une pompe à chaleur électrique, comprenant au moins deux systèmes de stockages d'énergie thermique permettant des restitutions d'énergie thermique comprises entre - 100°C et + 800°C, en particulier des restitutions d'énergie thermique sous forme de chaleur à une température comprise entre + 100°C et + 800°C et/ou de froid à une température comprise entre - 100°C et + 150°C, ainsi qu'un procédé de fourniture de telles énergie thermiques par l'utilisation d'une telle pompe à chaleur. Par « froid » il faut entendre dans le contexte de la présente invention un froid dit « relatif », par comparaison avec les températures mises en jeu lors de la production d'énergie thermique sous forme de chaleur.
  • On a identifié cinq éléments de base impliqués dans la réalisation d'une décarbonation profonde du système énergétique :
    1. 1. utiliser au maximum l'efficacité énergétique afin de réduire les besoins énergétiques à satisfaire ;
    2. 2. décarboner l'approvisionnement en électricité ;
    3. 3. l'électrification à l'échelle de l'économie pour pousser l'électricité propre vers d'autres secteurs ;
    4. 4.utiliser des carburants sans carbone pour les zones restantes qui ne peuvent pas être efficacement électrifiées ; et
    5. 5. utiliser la capture, l'utilisation et le stockage du carbone (« CCUS ») et l'élimination du dioxyde de carbone (« CDR ») pour les zones où les combustibles fossiles sont encore nécessaires et pour obtenir des émissions négatives.
  • On constate de nombreux efforts, d'investissements comme d'innovation dans ces domaines.
  • Les efforts au niveau de l'efficacité énergétique de l'industrie sont en particulier :
    • amélioration et investissement dans des technologies renforçant l'efficacité énergétique de, notamment, pompes à chaleur et groupes de froid ; et
    • récupérations d'énergie dite « fatale » : utilisation encore une fois de pompes à chaleur, de systèmes ORC (« Organic Rankine Cycle », cycle de Rankine Organique en français) ou de stockage simple (c'est-à-dire une restitution avec rendement inférieur à 1) d'énergie thermique.
  • L'énergie fatale correspond à l'énergie résiduelle (i.e. perdue si elle n'est pas récupérée) produite par les bâtiments et les industries.
  • Les efforts au niveau de la décarbonation du réseau électrique et au niveau d'un besoin de flexibilité, notamment de stockage, sont en particulier :
    • des investissements massifs dans les énergies renouvelables (éolien, solaire, marémotrice, hydrolienne). Toutefois, l'intermittence de la plupart de ces moyens de production amène un besoin accru en flexibilité, c'est-à-dire une adaptation simultanée de la demande et de la production d'électricité, par exemple :
    • via le stockage d'électricité ou l'activation de systèmes consommateurs d'électricité en cas d'excès sur le réseau ; et
    • via des systèmes de délestage de charges électriques (machines) ou d'utilisation de stockage d'électricité en cas de déficit.
  • C'est dans ce secteur qu'il semble y avoir le plus d'investissement. Historiquement dominé par les systèmes de pompage-turbinage (les centrales de pompage-turbinage sont également appelées STEP pour « Stations de Transfert d'Énergie par Pompage ») et depuis quelques années par les systèmes de batteries Li-Ion de grande échelle, le secteur du stockage d'électricité voit ainsi l'éclosion de nombreuses nouvelles technologies.
  • En ce qui concerne l'électrification des procédés industriels à haute température, les besoins et la production de chaleur haute température et de froid sont rarement optimisés à la conception. La fabrication d'équipements de production de chaleur, hautes et très hautes températures (chaudières, brûleurs, fours, vapeur ...), étant en soit une spécialité, et la fabrication d'équipements de production de froid, basses et très basses températures (groupes froid, réfrigération, cryogénisation...), étant en soit une autre spécialité, les industries sont séparées. Ceci suit une logique historique et technologique, ce qui en explique la séparation des deux secteurs et leurs caractéristiques spécifiques.
  • Or, les industries finales ont depuis longtemps intégré dans leurs pratiques et des modèles d'affaires, la fiabilité (c'est-à-dire la constante disponibilité) et le faible coût de la chaleur industrielle notamment au gaz et/ou fioul pour leur besoin au-dessus de 100°C. Avec un coût en 2019 autour de 50-55€ du MWh thermique au gaz naturel en France (ADEME, Brochure réf. 010895, Jan. 2020, 51-85€ par MWh), ainsi que dans beaucoup d'autres pays d'Europe (pour des gros sites), il est très difficile aux industriels d'électrifier leurs moyens de production de chaleur - car cela entraînerait un surcoût de la chaleur d'environ 50 % ou plus - ou de les remplacer par des moyens de production sur la base d'énergies renouvelables (là encore : surcoûts, limitations techniques et problèmes d'intermittence).
  • En outre, il est intéressant de remarquer que de nombreux secteurs ont des procédés industriels nécessitant :
    • de la chaleur à haute température (> 100-120°C et jusqu'à 400°C) ; et
    • du froid/réfrigération (jusqu'à -50°C).
  • Par exemple, ces besoins sont retrouvés notamment dans les industries :
    • agro-alimentaires (notamment plats cuisinés, nourriture séchée, poudres (lait, café...) ;
    • pharmaceutiques (poudres, pilules...) ;
    • chimiques au sens large (préparation, conditionnement et stockage de produits), tels que pour les produits pétrochimiques (gaz et pétrole, plastiques, caoutchouc,), les adhésifs, etc. ; et
    • certains supermarchés et gros centres de restauration (en particulier la restauration dite rapide - de l'anglais « fast-foods »).
  • Dans ce contexte, il est connu de l'état de la technique certains systèmes de pompe à chaleur pour le chauffage et le refroidissement simultanés.
  • Par exemple, DE102018221850A1 divulgue un système de pompe à chaleur permettant le chauffage et le refroidissement (entre -15°C et 60°C), avec une pompe à chaleur liquide-liquide reliée d'un côté à une source de chaleur et d'un autre côté à un dissipateur thermique présentant en particulier un ballon d'eau chaude.
  • JP2016211830A divulgue l'utilisation d'une pompe à chaleur permettant le chauffage et le refroidissement. Plus précisément des gammes de températures divulguées sont comprises entre 0°C et environ 100°C.
  • JP3037649B2 divulgue un système de climatisation déshumidifiant, dans lequel l'efficacité énergétique du système de climatisation dans son ensemble est augmentée pour réduire les coûts de fonctionnement, tout en minimisant la consommation d'énergie pendant la journée et minimiser le rayonnement thermique vers l'air extérieur pendant une accumulation de chaleur nocturne.
  • Toutefois aucun de ces systèmes ne permettent une restitution simultanée ou alternative de chaleur haute et/ou très haute température et de froid basse et/ou très basse température.
  • Dans le contexte particulier de l'industrie de fabrication et de fourniture d'électricité, il existe d'autres systèmes permettant l'accumulation de chaleur et de froid, éventuellement de manière simultanée. Les documents brevets EP2220343 , EP2574740 , US10907510 , US8627665 , US20140223910 peuvent illustrer ce type de technologie. Toutefois, les dispositifs décrits dans ces documents sont spécifiques à l'industrie de fabrication et de fourniture d'électricité, car ils sont conçus spécifiquement pour le stockage d'électricité et sont donc dimensionnés pour fonctionner en cycles "qui doivent se rééquilibrer en température" après une charge et une décharge. De tels dispositifs ne peuvent donc pas être utilisés en tant que tels dans les autres industries (en particulier ceux mentionnés ci-dessus) ou même à titre privé. US 2010/301614 A1 divulgue une pompe à chaleur selon le préambule de la revendication 1.
    • Résumé de l'invention
  • Le but de la présente invention est donc de pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant une pompe à chaleur électrique, telle que définie dans la revendication 1, comprenant :
    • au moins deux systèmes de stockages d'énergie thermique, et
    • au moins un système de restitution d'énergie thermique,
    dans laquelle :
    • au moins l'un des systèmes de stockage d'énergie thermique est configuré pour stocker de l'énergie thermique sous forme de chaleur à une température comprise entre + 100°C et + 800°C,
    • au moins l'un des systèmes de stockage d'énergie thermique est configuré pour stocker de l'énergie thermique sous forme de froid à une température comprise entre - 100°C et + 150°C ; et
    • ledit au moins un système de restitution d'énergie thermique est configuré pour restituer de manière séparée ou parallèle dans le temps la chaleur et/ou le froid, ou
    • ledit au moins un système de restitution d'énergie thermique est configuré pour un fonctionnement d'une restitution parallèle pouvant être alternée avec un fonctionnement en restitution séparée dans le temps de la chaleur et/ou du froid ; la pompe à chaleur étant configurée pour comprendre un cycle de Brayton inversé (par exemple sans changement de phase) fonctionnant avec un gaz, et comprenant un unique turbo-compresseur électrique centrifuge mono étage.
  • La production simultanée des deux flux (chaleur haute température et froid, le plus souvent négatif) permet d'atteindre de meilleures performances énergétiques et donner aux industriels une solution de fourniture d'énergie thermique en réduisant dras-tiquement les émissions de CO2 sans augmenter le coût de production, voire en le diminuant en fonction des prix des sources d'énergie disponibles localement. En outre, l'utilisation d'un unique turbocompresseur électrique centrifuge mono étage permet d'augmenter la compacité et l'efficacité de la pompe à chaleur, ainsi que de réduire son coût. Par ailleurs, un tel turbocompresseur électrique centrifuge mono étage fonctionne sans huile, ce qui évite toute contamination ou acidification au sein du système. L'utilisation d'un seul et même turbocompresseur fait qu'il n'y a qu'un seul point de fonctionnement (usuellement défini par le couple débit/taux de compression) pour le couple compresseur/turbine dans le circuit de circulation de gaz, commun pour un cycle de charge et de décharge de la pompe à chaleur.
  • Par « unique turbocompresseur », aussi appelé « unique turbomachine », il est compris dans le contexte de la présente invention une seule machine permettant en même temps d'augmenter la pression de gaz et de détendre la pression de gaz à un autre point du circuit. En plus des turbocompresseurs de type axial à forte puissance, il existe au moins deux types de turbocompresseurs de type radial : les turbocompresseurs à piston(s) (plutôt usuellement appelés « compresseurs ») et les turbocompresseurs centrifuges. Les turbocompresseurs centrifuges ont peu de pièces mobiles en friction, ont une efficacité énergétique relativement élevée et déplacent un flux de gaz plus élevé que les compresseurs réciproques de taille semblables. Les turbocompresseurs ne peuvent pas atteindre un taux de compression aussi élevé que les compresseurs alternatifs, ces derniers étant capable d'atteindre, en multi-étages, une pression de 100 MPa.
  • Par « turbocompresseur mono étage », il est compris dans le contexte de la présente invention un turbocompresseur comportant un seul train de compression et de détente, autrement dit une seule structure (ou partie) de compression, aussi appelée « compresseur » ; et une seule structure (ou partie) de détente, aussi appelée « turbine ».
  • De manière préférée, le turbocompresseur électrique centrifuge mono étage présente un taux de compression compris entre 1 et 5, le taux de compression étant défini comme le rapport entre la pression de sortie de la partie compresseur du turbocompresseur et la pression en entrée de ladite partie compresseur. Le choix de cette plage de valeurs particulière pour le taux de compression permet d'obtenir un unique point de fonctionnement pour le couple compresseur/turbine, particulièrement adapté pour permettre à la fois des cycles de charge et de décharge de la pompe à chaleur, avec des niveaux de pression et de températures et des débits adaptés. Dans cette plage de valeurs particulière, la pompe à chaleur conserve en outre une grande efficacité énergétique et un flux de gaz déplacé conséquent.
  • De manière préférée, la pompe à chaleur selon la présente invention peut être caractérisée en ce que :
    • au moins l'un des systèmes de stockage d'énergie thermique est configuré pour stocker de l'énergie thermique à des températures comprises entre - 50°C et + 100°C, et/ou
    • en ce qu'au moins l'un des systèmes de stockage d'énergie thermique est configurés pour stocker de l'énergie thermique à des températures comprises entre + 150°C et + 500°C, préférentiellement entre + 200°C et + 400°C.
  • De manière préférée, la pompe à chaleur selon la présente invention peut être caractérisée en ce que lesdits au moins deux systèmes de stockages d'énergie thermique sont configurés pour stocker de l'énergie thermique sous forme de chaleur et sous forme de froid.
  • De manière préférée, le gaz utilisé dans le cycle de Brayton inversé de la pompe à chaleur peut être de l'air (c'est-à-dire environ 20% d'oxygène dans environ 80% d'azote), ou un gaz noble de type hélium ou argon, ou encore un mélange entre ces gaz.
  • Le gaz peut en variante être un gaz inerte tel que l'azote.
  • De manière préférée, le turbocompresseur électrique centrifuge mono étage produit une pression inférieure ou égale à 8 bars, préférentiellement comprise entre 1 et 5 bars (correspondant audit taux de compression compris entre 1 et 5, pour un gaz initialement à pression atmosphérique).
  • De manière préférée, la pompe à chaleur selon la présente invention peut être caractérisée en ce que les différents organes de fonctionnement de ladite pompe à chaleur sont isolés dans des modules, lesdits modules étant configurés pour être connectés les uns aux autres par exemple par connexions physiques tels que des vannes (par exemple pilotables à distance), des pipes à connecter et/ou des tuyaux.
  • De manière préférée, la pompe à chaleur selon la présente invention peut être caractérisée en ce qu'elle est configurée pour être couplée à au moins une source de chaleur naturelle et/ou au moins une source de chaleur artificielle telle qu'une chaudière à gaz, un four à gaz, une chaleur d'origine solaire, un séchoir et/ou d'une déperdition de chaleur d'origine artificielle.
  • De manière préférée, la pompe à chaleur selon la présente invention peut être caractérisée en ce qu'elle est configurée pour être couplée à au moins une source de chaleur artificielle, en particulier en échappement, en perte ou en sortie d'une source de chaleur artificielle telle qu'en échappement, en perte ou en sortie d'une chaudière à gaz, un four à gaz, une chaleur d'origine solaire ou une chaleur fatale, un séchoir et/ou d'une déperdition de chaleur d'origine artificielle.
  • Par « échappement », il est compris dans le contexte de la présente invention une dernière phase contrôlée de circulation d'énergie, par exemple sous forme de vapeur(s) ou de fumée(s) chaudes, d'une source de chaleur artificielle.
  • Par « perte », il est compris dans le contexte de la présente invention une privation utile d'énergie provenant de la source de chaleur artificielle. Cette privation est le plus souvent non contrôlée, difficilement contrôlable ou issue d'une mauvaise gestion ou configuration de la source de chaleur artificielle.
  • Par « sortie » d'une source de chaleur, il est compris dans le contexte de la présente invention une sortie canalisée et attendue d'une source de chaleur, c'est-à-dire où il est attendue de récupérer la majorité de ladite chaleur (par exemple des condensats de vapeur, via le circuit de retour d'un procédé).
  • Dans un mode de réalisation particulier, la pompe à chaleur selon la présente invention peut être caractérisée en ce qu'elle est configurée pour être connectée à un circuit de chauffage et/ou un circuit de refroidissement. De manière préférée, la pompe à chaleur selon la présente invention peut être caractérisée en ce qu'elle est configurée pour être connectée à un circuit primaire de chauffage et/ou un circuit primaire de refroidissement.
  • De manière préférée, la pompe à chaleur selon la présente invention peut être caractérisée en ce qu'elle est dimensionnée pour fournir une énergie comprise entre 50 kWh à 5MWh.
  • Dans un mode de réalisation particulier, la pompe à chaleur comporte quatre systèmes de stockages d'énergie thermique, deux systèmes de restitution d'énergie thermique, deux vannes trois voies et deux organes de pompage ; une première extrémité d'un premier système de stockage d'énergie thermique étant reliée à une première extrémité d'un deuxième système de stockage d'énergie thermique via une première branche de circulation de gaz ; une première extrémité d'un troisième système de stockage d'énergie thermique étant reliée à une première extrémité d'un quatrième système de stockage d'énergie thermique via une seconde branche de circulation de gaz ; un premier système de restitution d'énergie thermique étant agencé de manière à échanger de l'énergie thermique avec la première branche de circulation de gaz, un second système de restitution d'énergie thermique étant agencé de manière à échanger de l'énergie thermique avec la seconde branche de circulation de gaz ; une première vanne trois voies étant reliée à une seconde extrémité du premier système de stockage d'énergie thermique, à une seconde extrémité du deuxième système de stockage d'énergie thermique et à une seconde extrémité du troisième système de stockage d'énergie thermique ; une seconde vanne trois voies étant reliée à la seconde extrémité du deuxième système de stockage d'énergie thermique, à la seconde extrémité du troisième système de stockage d'énergie thermique et à une seconde extrémité du quatrième système de stockage d'énergie thermique ; un premier organe de pompage connectant la seconde extrémité du deuxième système de stockage d'énergie thermique à la voie correspondante de la première vanne trois voies ; un second organe de pompage connectant la seconde extrémité du troisième système de stockage d'énergie thermique à la voie correspondante de la seconde vanne trois voies ; l'entrée de la partie compresseur du turbocompresseur électrique étant reliée à la première extrémité du premier système de stockage d'énergie thermique en un premier point de connexion sur la première branche de circulation de gaz ; la sortie de la partie compresseur du turbocompresseur électrique étant reliée à la première extrémité du deuxième système de stockage d'énergie thermique en un second point de connexion sur la première branche de circulation de gaz ; l'entrée de la partie turbine du turbocompresseur électrique étant reliée à la première extrémité du quatrième système de stockage d'énergie thermique en un premier point de connexion sur la seconde branche de circulation de gaz ; la sortie de la partie turbine du turbocompresseur électrique étant reliée à la première extrémité du troisième système de stockage d'énergie thermique en un second point de connexion sur la seconde branche de circulation de gaz.
  • Ce mode de réalisation particulier permet d'obtenir un ordre de passage du gaz par les différents systèmes de stockage d'énergie thermique (et donc des températures mises en jeu) qui ne sont pas les mêmes selon que la pompe à chaleur est dans un cycle de charge ou de décharge (grâce à l'utilisation de vannes et d'organes de pompages). Une telle configuration permet alors de comprimer le gaz à partir de températures potentiellement plus hautes et donc, soit de produire des températures plus élevées, soit de produire la même température mais avec un taux de compression plus faible. La pompe à chaleur selon ce mode de réalisation particulier peut en outre produire de la chaleur et/ou du froid à un moment différent de leur utilisation, et permettre de stocker ces deux types d'énergie thermique. Grâce à la présence de circuits de restitution séparés, la pompe à chaleur peut également mettre à disposition de la chaleur et/ou du froid de façon simultanée ou indépendante.
  • Selon une variante préférée de ce mode de réalisation particulier, la pompe à chaleur comporte en outre une vanne deux voies et trois vannes anti-retour ; la vanne deux voies étant connectée sur la première branche de circulation de gaz entre le premier point de connexion et le second point de connexion ; une première vanne anti-retour étant connectée entre la sortie de la partie compresseur du turbocompresseur électrique et le second point de connexion de la première branche de circulation de gaz ; une deuxième vanne anti-retour étant connectée entre la sortie de la partie turbine du turbo-compresseur électrique et le second point de connexion de la seconde branche de circulation de gaz ; une troisième vanne anti-retour étant connectée sur la seconde branche de circulation de gaz entre le premier point de connexion et le second point de connexion.
  • Dans un autre mode de réalisation particulier, qui constitue un perfectionnement du mode de réalisation précédemment décrit, la pompe à chaleur comporte en outre trois systèmes de restitution d'énergie thermique additionnels, quatre vannes deux voies additionnelles et quatre vannes trois voies additionnelles ; une première extrémité d'un premier système de restitution d'énergie thermique additionnel étant reliée à une première extrémité du premier système de restitution d'énergie thermique via une première vanne deux voies ; une seconde extrémité du premier système de restitution d'énergie thermique additionnel étant reliée à une seconde extrémité du premier système de restitution d'énergie thermique via une deuxième vanne deux voies ; une première extrémité d'un deuxième système de restitution d'énergie thermique additionnel étant reliée à une première extrémité du second système de restitution d'énergie thermique via une troisième vanne deux voies ; une seconde extrémité du deuxième système de restitution d'énergie thermique additionnel étant reliée à une seconde extrémité du second système de restitution d'énergie thermique via une quatrième vanne deux voies ; une première extrémité d'un troisième système de restitution d'énergie thermique additionnel étant reliée au premier point de connexion sur la première branche de circulation de gaz ; une seconde extrémité du troisième système de restitution d'énergie thermique additionnel étant reliée au second point de connexion sur la seconde branche de circulation de gaz ; une première vanne trois voies additionnelle étant reliée à l'entrée de la partie compresseur du turbocompresseur électrique, au premier point de connexion sur la première branche de circulation de gaz et à la première extrémité du troisième système de restitution d'énergie thermique additionnel ; une deuxième vanne trois voies additionnelle étant reliée à la sortie de la partie compresseur du turbocompresseur électrique, au second point de connexion sur la première branche de circulation de gaz et à une des voies d'une troisième vanne trois voies additionnelle via une première conduite de gaz ; la troisième vanne trois voies additionnelle étant reliée en outre à l'entrée de la partie turbine du turbocompresseur électrique et au premier point de connexion sur la seconde branche de circulation de gaz ; une quatrième vanne trois voies additionnelle étant reliée à la sortie de la partie turbine du turbocompresseur électrique, au second point de connexion sur la seconde branche de circulation de gaz et à la seconde extrémité du troisième système de restitution d'énergie thermique additionnel via une seconde conduite de gaz ; les premier et troisième systèmes de restitution d'énergie thermique additionnels étant chacun agencés de manière à échanger de l'énergie thermique avec la première conduite de gaz ; le deuxième système de restitution d'énergie thermique additionnel étant agencé de manière à échanger de l'énergie thermique avec la seconde conduite de gaz.
  • Outre les avantages liés au précédent mode de réalisation (et exposés précédemment), ce mode de réalisation particulier de la pompe à chaleur est à même de produire du chaud et du froid en instantané, et ce en même temps qu'il décharge du chaud et du froid des systèmes de stockage d'énergie thermique. Ceci est avantageux car cela permet d'ajouter de la puissance instantanée au cycle de décharge de la pompe à chaleur, par exemple pour adresser une pointe de demande avec un surcoût minimum en équipement (trois systèmes de restitution d'énergie thermique additionnels). Cela évite de devoir surdimensionner le système (notamment en augmentant la taille des systèmes de stockage d'énergie thermique pour stocker plus et/ou en augmentant la taille de la machine, par exemple pour produire et stocker davantage la nuit).
  • Un autre objet de la présente invention concerne un procédé de fourniture d'énergie thermique sous forme de chaleur à une température comprise entre + 100°C et + 800°C et/ou de froid à une température comprise entre - 100°C et + 150°C, par l'utilisation d'une pompe à chaleur telle que décrite ci-dessus, comprenant les étapes suivantes :
    1. (a) une étape de cycle de charge par compression mécanique d'au moins un gaz avec préférentiellement une détente mécanique dudit au moins un gaz ;
    2. (b) une étape de cycle de décharge sans compression et/ou détente dans laquelle l'énergie thermique est déchargée via au moins un système de restitution d'énergie thermique, par exemple via au moins une vanne, au moins un circulateur (typiquement une pompe) et/ou au moins un échangeur thermique (c'est-à-dire un échangeur de chaleur).
  • Dans un mode de réalisation particulier, l'étape (a) est un cycle de charge par compression mécanique d'au moins une vapeur avec préférentiellement une détente mécanique de ladite au moins une vapeur.
  • De manière préférée, le procédé selon la présente invention peut être caractérisé en ce que l'étape (b) de cycle de décharge se fait en parallèle à l'étape (a) de cycle de charge.
  • Le cycle de décharge induit un flux de fluide (tel qu'un gaz caloriporteur) appelé « flux de décharge ». Ainsi, dans un mode de réalisation particulier, le flux de décharge peut être divisé en plusieurs flux de décharge dits flux de décharge divisés, pouvant être chacun dirigé vers des applications différentes.
  • Par exemple, un flux de décharge divisé peut être orienté vers un système de stockage, tel qu'un système de stockage secondaire, pouvant permettre un échelonnage des températures.
    • DEFINITIONS
  • Par « pompe à chaleur », il est compris dans le contexte de la présente invention un dispositif permettant de transférer de l'énergie thermique d'un premier milieu vers un second milieu de plus haute température, allant ainsi dans le sens inverse naturel spontané de l'énergie thermique. En particulier, il existe des pompes à chaleur dites hautes températures (« HT »), très hautes températures (« THT »), basses températures (« BT ») ou encore très basses températures (« TBT »). Il existe classiquement différents types de pompes à chaleur : une pompe à chaleur à compression de vapeur, une pompe à chaleur à effet Peltier, une pompe à chaleur thermo-acoustique, une pompe à chaleur thermomagnétique, une pompe à chaleur à absorption de gaz, une pompe à chaleur dite Stirling. De manière préféré, une « pompe à chaleur » dans le contexte de la présente invention est une pompe à chaleur électrique du type cycle à air (par exemple à cycle de réfrigération au gaz). Ce procédé suit un cycle thermodynamique de Brayton inversé dans lequel un gaz est comprimé, refroidi à température ambiante, puis détendu dans une turbine, et ne fait pas intervenir de changement de phase, ce qui le distingue des pompes à chaleur à compression de vapeur (pompes à chaleur « classiques », dites « thermodynamiques ») le plus souvent suivant un cycle de réfrigération à compression de vapeur, ou une pompe à chaleur à absorption de gaz.
  • Cette pompe à chaleur fonctionne en récupérant des calories dans une cuve de stockage basse pression dite « froide ». Le gaz est ensuite comprimé dans un compresseur afin d'augmenter sa température. Dans le contexte de la présente invention, cette chaleur est stockée. En parallèle, le froid généré en sortie de turbine (détente) est également récupéré et stocké.
  • Un cycle de Brayton entraîné en sens inverse est appelé cycle de Brayton inversé. Son but est de déplacer la chaleur d'un corps plus froid vers un corps plus chaud, plutôt que de produire du travail. Conformément au deuxième principe de la thermodynamique, la chaleur ne peut pas circuler spontanément du système froid au système chaud sans qu'un travail externe soit effectué sur le système. La chaleur peut circuler d'un corps plus froid vers un corps plus chaud, mais uniquement lorsqu'elle est forcée par un travail extérieur. C'est exactement ce que les réfrigérateurs et les pompes à chaleur accomplissent. Ceux-ci sont entraînés par des moteurs électriques nécessitant un travail de leur environnement pour fonctionner. Ainsi, l'un des cycles possibles est un cycle de Brayton inversé, qui est similaire au cycle Brayton ordinaire mais celui-ci est entraîné en sens inverse, via une entrée de travail nette. Ce cycle est également connu sous le nom de cycle de réfrigération au gaz, cycle à air ou cycle de Bell Coleman. Ce type de cycle est largement utilisé dans les avions de ligne ou les trains pour les systèmes de climatisation utilisant l'air des compresseurs du moteur. Il est également largement utilisé dans l'industrie du GNL (Gaz Naturel Liquéfié) où le plus grand cycle inversé de Brayton est pour le sous-refroidissement du GNL en utilisant 86 MW de puissance provenant d'un compresseur entraîné par turbine à gaz et d'un réfrigérant à l'azote (source de ces connaissances usuelles : « thermal-engineering.org »).
  • Par « haute température », il est compris dans le contexte de la présente invention une gamme de températures comprise entre + 60 et + 100°C, préférentiellement entre + 70 et + 95°C. Ce type de pompe à chaleur peut être trouvé dans des pompes à chaleur commerciales, y compris dites « grand-public ». Leur rendement est d'autant plus faible que la différence de température entre la source froide et la source à réchauffer est importante.
  • Les températures données dans le contexte de la présente invention, sauf indication contraire, sont en référence à la température de 0°C, soit la température de solidification de l'eau à une atmosphère au niveau de la mer (c'est-à-dire 101325 Pa correspondant à une pression absolue d'1 bar).
  • Par « très haute température », il est compris dans le contexte de la présente invention une gamme de températures supérieure à + 100°C, par exemple supérieure ou égale à + 150°C, supérieure ou égale à + 200°C, supérieure ou égale à + 300°C, supérieure ou égale à + 400°C. Ainsi, une très haute température dans le contexte de la présente invention peut comprendre des températures comprises entre + 150 et + 500°C, préférentiellement entre + 150 et + 400°C, ou encore entre + 250 et + 350°C.
  • Par « basse température », il est compris dans le contexte de la présente invention une gamme de températures comprise entre - 20 et + 5°C, préférentiellement entre - 15 et - 5°C.
  • Par « très basse température », il est compris dans le contexte de la présente invention une gamme de températures inférieure à - 20°C, par exemple inférieure ou égale à - 30°C, inférieure ou égale à - 40°C, inférieure ou égale à - 50°C, inférieure ou égale à + 60°C. Ainsi, une très basse température dans le contexte de la présente invention peut comprendre des températures comprises entre - 30 et - 150°C, préférentiellement entre - 40 et - 100°C, ou encore entre - 50 et - 80°C.
  • Par « systèmes de stockages d'énergie thermique », il est compris dans le contexte de la présente invention tout moyen permettant de préserver une quantité d'énergie de nature thermique pour une utilisation ultérieure. La nature thermique peut être le chaud et le froid. En effet, la chaleur en tant que telle est une énergie. Dans le cas du froid stocké, étant donné qu'une production de froid nécessite de l'énergie, stocker du froid représente un stockage d'énergie.
  • Par « système de restitution d'énergie thermique », il est compris dans le contexte de la présente invention un moyen permettant de délivrer l'énergie thermique. En outre, l'expression « systèmes de restitution d'énergie thermique configurés pour » implique que les cuves sont interchangeables (l'une pouvant être utilisée pour le chaud puis pour le froid lors d'autres séries de cycles de charges et décharges).
  • Par « restituer de manière séparée ou parallèle dans le temps », il est compris dans le contexte de la présente invention la délivrance séparée ou parallèle dans le temps d'énergie thermique issues d'au moins deux systèmes de stockages différent. La délivrance séparée permet ainsi de fournir dans un premier temps de l'énergie thermique issue d'au moins un premier système de stockage puis de l'énergie thermique issue d'au moins un second système de stockage. La délivrance parallèle permet de fournir en même temps de l'énergie thermique issue d'au moins un premier système de stockage et de l'énergie thermique issue d'au moins un second système de stockage.
  • Par « module », il est compris dans le contexte de la présente invention un élément juxtaposable voire combinable à un ou plusieurs autres, lequel ou lesquels peuvent être de même nature ou de nature complémentaire au premier.
  • Par « source de chaleur naturelle », il est compris dans le contexte de la présente invention une énergie thermique issue d'aucune intervention humaine, telle qu'une source géothermique ou hydrique (lac, mer, rivière...) par exemple.
  • Par « source de chaleur artificielle », il est compris dans le contexte de la présente invention une énergie thermique issue d'une intervention humaine, telle qu'un four, une chaudière, un équipement tel que climatisation, compresseurs, machines, générateurs, un procédé résidentiel, commercial, tertiaire, industriel et/ou informatique, de l'énergie issue d'un système solaire thermique ou encore une chaleur fatale.
  • Par « cycle de charge », il est compris dans le contexte de la présente invention une série d'évènements pouvant être récurrente, c'est-à-dire un cycle, permettant la production d'énergie thermique qui est soit distribuée de façon instantanée, soit stockée sous forme d'énergie thermique.
  • Par « gaz », il est compris dans le contexte de la présente invention tout corps à l'état gazeux. Ainsi un gaz comprend également une vapeur, qui résulte de la vaporisation d'un liquide (à quelque température que ce soit).
  • Par « détente mécanique », il est compris dans le contexte de la présente invention une détente de gaz initialement comprimé via une turbine.
  • Par « cycle de décharge », il est compris dans le contexte de la présente invention la fonction inverse de celle d'un cycle de charge, c'est-à-dire permettant la libération d'énergie thermique stockée dans des systèmes de stockage.
  • Par « échangeur de chaleur », il est compris dans le contexte de la présente invention un dispositif permettant de transférer de l'énergie thermique d'un fluide vers un autre sans les mélanger. Il est donc question de « fluide vecteur », c'est-à-dire un fluide comme défini ci-dessus, permettant de déplacer l'énergie thermique d'un emplacement à un autre.
  • A titre d'exemple, il existe des échangeurs de chaleur liquide/liquide, gaz/liquide ou gaz/gaz comme des échangeurs à plaques ou des échangeurs à tubes ou tubes calandres pouvant être utilisés dans le cadre de la présente invention. Il existe de nombreux fournisseurs de tels échangeurs de chaleur ; tel que ceux de la société Alfa-Laval®.
    • DESCRIPTION DETAILLEE
  • L'objet de la présente invention permet d'adapter, améliorer et à la fois combiner :
    • une technologie éprouvée pour en augmenter l'efficacité et l'adapter à des besoins de procédés thermiques (chaleur et réfrigération),
    • des turbomachines électriques particulières (turbocompresseurs électriques), dont le régime peut être piloté (via la régulation du débit/vitesse de rotation et du taux de compression) par exemple via l'utilisation d'une électronique de puissance et d'un logiciel,
    • du stockage thermique (réfrigération et chaleur, séparés) pour ajouter en flexibilité au système et à l'intérêt de la solution pour un industriel.
  • Ainsi, l'objet de la présente invention peut comprendre un ou plusieurs capteurs, qui combinés avec l'utilisation d'un logiciel (et de ses algorithmes) permettent de contrôler la pompe à chaleur selon la présente invention.
  • En outre, l'objet de la présente invention apporte plusieurs éléments innovants clés en termes de technologie et de fonctionnalités :
    • production électrique de chaleur haute température (> 150°C et jusqu'à 500-800°C) et de froid industriel (jusqu'à -50°C) avec un COP (coefficient of performances - rendement) de 1.5 ou plus,
    • utilisation d'un réfrigérant (tel que l'air ou l'argon) ayant un GWP (« global warming potential », « potentiel de réchauffement planétaire » en anglais) de 0 (GWP, acronyme anglais pour « potentiel de réchauffement global ») ;
    • stockage d'énergie haute densité sous forme thermique de cette énergie produite ou réchauffée/surfroidie : chaleur (> 150°C) et froid industriel (jusqu'à -50°C) dans le même module, capable de conserver l'énergie plusieurs heures, voire quelques jours.
  • Il est possible de placer les différents éléments constitutifs (turbo-compresseur électrique, moteur, système de stockage...) de la pompe à chaleur selon la présente invention dans un ou différents modules ou sous-modules pouvant être combinés ou intégrés les uns aux autres ; l'ensemble pouvant être contenu dans un container (par exemple des containers standards dits de « 20 pieds » ou « 40 pieds » soit environ 6 mètres ou 12 mètres) ou placé sur un châssis.
  • Les modules ou sous modules tels que définis ci-dessus peuvent être combinés avec d'autres modules ou sous-modules similaires en fonction des besoins.
  • Il est possible d'intégrer et de revaloriser des flux d'énergie fatale ou solaire thermique avec l'ensemble de ces modules et/ou sous-modules, par exemple grâce à l'ajout d'un ou plusieurs échangeurs thermiques. Ainsi, l'objet de la présente invention permet aussi de rehausser le niveau de température de l'énergie thermique fatale ou solaire récupérée, de la stocker et de la restituer selon l'utilisation souhaitée.
  • Ainsi, dans un mode de réalisation particulier, les différents éléments fonctionnels de la pompe à chaleur selon la présente invention peuvent être isolés dans des modules. Ainsi, un système modulaire permet de facilement agencer la pompe à chaleur selon la disposition physique du site ou elle doit être installée. En effet, la modularité permet de faire évoluer la pompe à chaleur selon la production sur site, par exemple en augmentant ou diminuant les capacités de production (puissance) ou de stockage (énergie) d'énergie thermique. En outre, la modularité permet d'effectuer des variations de montages originales. Par exemple, la modularité peut permettre d'insérer plusieurs systèmes de stockage pour avoir une diversité de températures, que ce soit en entrée (récupération d'énergie fatale avec différents niveaux de températures et/ou des variations de températures) et/ou en sortie (production d'énergie thermique à une certaine température et/ou avec des besoins variables de températures).
  • De plus, il peut être avantageux de mettre des systèmes de rails et/ou châssis (« skids » en anglais) pour faciliter la modularité.
  • Dans un mode de réalisation particulier, les modules comprenant les différents éléments sont adaptés pour leur déplacement dans des containers.
  • La recombinaison des modules permet de limiter le nombre de variantes de modules et donc d'optimiser le coût des systèmes tout en étant capable d'adresser un plus grand nombre de besoins différents.
  • En outre, le stockage d'énergie thermique selon la présente invention peut être réalisé par l'installation dans des systèmes de stockage tels que des cuves (par exemple celles citées ci-dessus), d'éléments permettant pendant une phase de charge, d'absorber et de stocker l'énergie thermique, par exemple par l'empilement sur différents niveaux, de blocs de taille réduite (en comparaison avec lesdites cuves). Ces blocs peuvent prendre la forme de gravier, de briques réfractaires, de pièces en céramique, de pièces en ciment, de pièces en roches (par exemple volcaniques ou granitiques), ou encore en zéolites.
  • Alternativement, l'empilement sur différent niveaux peut prendre la forme de capsules contenant des PCM classiques (matériaux à changement de phase) comme certains sables (tel que des sels fondus - "molten salt" en anglais), notamment KNO3 - 60%NaNO3 ou NaCl/MgCl2 (57/43) utilisés depuis plus de 20 ans dans des centrales solaire thermique concentré (CSP « concentrated solar power », c'est-à-dire une centrale solaire thermique à concentration » en français), de paraffine, de CaCl26H2O.
  • Tous ces matériaux et éléments sont abondamment utilisés depuis de nombreuses années dans des domaines et systèmes variés et sont également très bien documentés dans de nombreuses revues, publications, juste pour donner un exemple dans le document « State-of-the-Art Review » : « Insulation and Thermal Storage Materials », 2013 (Eclipse, Cambridge Architectural Research Limited).
  • Cette même énergie thermique (moins les pertes thermiques inhérentes au système) sera bien entendu restituée à la décharge.
  • Cet aspect de stockage est avantageux au bon fonctionnement de l'invention.
  • Les cuves et conduites seront isolées thermiquement avec des matériaux isolants classiques telle que la roche de laine ou autre isolant standard.
  • La pompe à chaleur selon la présente invention comprend ainsi au moins deux cycles, l'une dite de charge et l'autre dite de décharge.
  • Par exemple, un cycle de charge peut comprendre :
    • une compression du fluide (c'est-à-dire le gaz) entre 1-5 bars (en partant d' 1 bar avec un taux de compression compris entre 1 et 5) (et donc, par exemple, réchauffé à 150-300 °C dans le cas où le gaz est de l'air) dans le compresseur ;
    • une décharge de la chaleur du fluide dans le matériau/ élément de stockage dans une première cuve ;
    • une détente dans la turbine de l'air comprimé, qui a été refroidi durant son passage dans la première cuve, mais est toujours sous pression ;
    • Réchauffage dans une seconde cuve de l'air très froid (entre -100 et +10) et à pression largement réduite en raison de la détente par la turbine (et donc « transmission du froid »)
    • l'air froid "réchauffé" retourne vers le compresseur ;
    • le cycle reprend jusqu'à ce que les cuves soient pleines (information donnée par des capteurs et/ou par l'arrêt du turbocompresseur électrique piloté par le système).
  • Par exemple, un cycle de décharge peut comprendre :
    • des circulateurs installés sur la boucle extérieure de chacune des cuves (distribution) faisant transiter l'énergie des cuves vers les échangeurs de chaleur qui sont montés sur les boucles process du client ;
    • en sortie de l'échangeur, la boucle de distribution récupère le retour du process client ;
  • Ainsi, aucune compression ou détente n'est utilisée dans ce cycle, seuls sont utilisés des circulateurs et/ou des pompes. Les systèmes de distribution des énergies froide et chaude sont indépendants, la décharge peut donc avoir lieu au même moment ou de façon alternée. La décharge s'arrête si la demande du client est atteinte ou si les cuves sont vides (là encore, l'information donnée par des capteurs entraine l'arrêt par le système de pilotage des circulateurs)
    • Brève description des dessins
  • On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, des formes d'exécution de la présente invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles :
    • [Fig.1] représente en perspective une pompe à chaleur selon la présente invention sur châssis ;
    • [Fig.2] est un schéma conceptuel représentant un cycle de charge d'une pompe à chaleur selon la présente invention ;
    • [Fig.3] est un schéma conceptuel représentant un cycle de décharge d'une pompe à chaleur selon la présente invention :
    • [Fig.4] est une représentation schématique conceptuelle d'une pompe à chaleur selon la présente invention, vue de dessus ;
    • [Fig.5] est une représentation schématique conceptuelle d'une pompe à chaleur selon la présente invention, vue de dessus, dans laquelle ladite pompe à chaleur est reliée à une source d'énergie fatale ;
    • [Fig.6] est une représentation schématique conceptuelle d'une pompe à chaleur selon la présente invention, vue de dessus, dans laquelle ladite pompe à chaleur est reliée à deux systèmes de stockages d'énergie thermique supplémentaires ;
    • [Fig.7] représente en perspective une pompe à chaleur selon la présente invention dans un container ;
    • [Fig.8] est un schéma conceptuel représentant un mode de réalisation particulier d'une pompe à chaleur selon la présente invention, dans un cycle de charge de la pompe à chaleur, la pompe à chaleur comprenant quatre systèmes de stockage d'énergie thermique ;
    • [Fig.9] est une représentation schématique simplifiée des systèmes de stockage d'énergie thermique de la [Fig.8] ;
    • [Fig.10] est un schéma conceptuel de la pompe à chaleur de la [Fig.8], dans un cycle de décharge de la pompe à chaleur ;
    • [Fig.11] est une représentation schématique simplifiée des systèmes de stockage d'énergie thermique de la [Fig.10] ; et
    • [Fig.12] est un schéma conceptuel représentant un autre mode de réalisation particulier d'une pompe à chaleur selon la présente invention, dans un cycle de charge de la pompe à chaleur, la pompe à chaleur comprenant quatre systèmes de stockage d'énergie thermique ;
    • [Fig.13] est une représentation schématique simplifiée des systèmes de stockage d'énergie thermique de la [Fig.12] ;
    • [Fig.14] est un schéma conceptuel de la pompe à chaleur de la [Fig.12], dans un cycle de décharge de la pompe à chaleur ; et
    • [Fig.15] est une représentation schématique simplifiée des systèmes de stockage d'énergie thermique de la [Fig.14].
  • En référence à la [Fig.1], où il est représenté en perspective une pompe à chaleur selon la présente invention sur un châssis 15, il peut être constaté un compresseur 1 et une turbine 2 reliés entre eux par un lien 13 électrique et/ou mécanique, actionné par un moteur 3 électrique. Le compresseur et la turbine sont tous les deux reliés par des tuyaux 10 à un premier système de stockage 4 d'une part, ainsi qu'à un second système de stockage 5 d'autre part, établissant ainsi une boucle entre le compresseur 1, la turbine 2, le premier système de stockage 4 et le second système de stockage 5. Le compresseur 1 et la turbine 2 forment un unique turbocompresseur électrique centrifuge mono étage.
  • La [Fig.2] est une représentation schématique de la pompe à chaleur de la [Fig.1], relié à des systèmes de restitution 6 de l'énergie thermique, représenté ici dans un cycle de charge. Le premier système de stockage 4 et le second système de stockage 5 sont ainsi respectivement chacun relié à un système de restitution 6 de l'énergie thermique permettant d'alimenter en chaleur ou en froid un système client 7. Le sens du flux représenté par les flèches 8 implique ici que l'énergie thermique sous forme de chaleur est concentrée dans le second système de stockage 5, alors que l'énergie thermique sous forme froid est concentrée dans le premier système de stockage 4. Le stockage d'énergie thermique froid est à basse pression. Il peut alors se créer un gradient de températures dans le premier système de stockage 4 et dans le second système de stockage 5 de manière que, théoriquement, Q1 est de température plus élevée (i.e. plus chaude) que Q2, et que Q3 est de température plus basse (i.e. plus froide) que Q4. Dans la [Fig.2], il n'est pas représenté de décharge.
  • En référence à la [Fig.3], le schéma de montage identique à celui représenté en [Fig.2] est représenté ici sur un cycle de décharge. En déchargeant l'énergie thermique stockée dans le premier système de stockage 4 et le second système de stockage 5 vers deux systèmes de restitution 6 d'énergie thermique, il est possible de fournir de la chaleur et du froid à des systèmes clients 7. Dans la [Fig.3], le second système de stockage 5 se refroidit par cette décharge et donc il peut se créer un gradient de températures de manière que, théoriquement, Q6 est de température plus basse (i.e. plus froide) que Q5. De manière similaire, il peut se créer un gradient de températures dans le premier système de stockage 4 de manière que, théoriquement, Q8 est de température plus élevée (i.e. plus chaude) que Q7. Dans les figures 2 et 3, il est donc apparent que cycles de charge et décharge peuvent fonctionner en parallèle.
  • La [Fig.4] est une représentation vue de dessus du schéma de montage selon les figures 2 et 3. Compresseur 1, turbine 2 et moteur 3 et son groupe de puissance (électrique) et les éventuels raccords standards sont rassemblés dans un groupement 9 dit de travail. Groupement de travail 9, premier système de stockage 4, second système de stockage 5 et tuyaux 10 constituent un premier ensemble 14 de pompe à chaleur selon la présente invention.
  • La [Fig.5] est une représentation vue de dessus d'un schéma de montage reprenant les éléments de la [Fig.4] présentant en outre une source 11 d'énergie fatale (ou bien d'énergie thermique d'origine naturelle ou d'origine solaire) permettant un apport d'énergie thermique représenté par la flèche 12. Tout moyen de captation de cette énergie fatale peut être appliqué (par exemple échangeur thermique en lien avec le circuit de tuyaux 10 de l'ensemble 14 de pompe à chaleur selon la présente invention. Il est possible de placer une entrée d'énergie thermique entre le système de stockage 5 et la turbine du groupement 9 de travail, et/ou entre le système de stockage 4 et le (turbo-)compresseur du groupement 9 de travail.
  • La [Fig.6] représente un ensemble 14 de pompe à chaleur selon la présente invention comprenant deux systèmes de stockage d'énergie thermique 4A et 5A et un groupement de travail 9. Un ensemble 15 comprenant deux systèmes de stockages d'énergie thermique 4B et 5B, est relié à l'ensemble 14 de pompe à chaleur selon la présente invention. Le groupement de travail 9 est doublement relié à chaque système de stockage 4A, 4B, 5A et 5B. En outre, le système de stockage d'énergie thermique 4A est relié par un tuyau 10 au système de stockage d'énergie thermique 4B. Le système de stockage d'énergie thermique 5A est relié par un tuyau 10 au système de stockage d'énergie thermique 5B.
  • Dans les figures 4, 5 et 6, les échangeurs 6 sont placés à l'extérieur des ensembles 14, 15. Il est également possible que les échangeurs de chaleurs soient placés dans les ensembles 14, 15.
  • D'un point de vue concret, les ensembles 14, 15 des figures 4, 5 et 6 peuvent être des containers.
  • La [Fig.7] est une représentation en perspective de la pompe à chaleur de la [Fig.1] insérée dans un container 14.
  • La [Fig.8] est un schéma conceptuel représentant un mode de réalisation particulier d'une pompe à chaleur selon la présente invention, dans un cycle de charge de la pompe à chaleur. Dans ce mode de réalisation particulier, outre le turbocompresseur électrique centrifuge mono étage 1, 2, la pompe à chaleur comporte quatre systèmes de stockages d'énergie thermique 16A-16D, deux systèmes de restitution d'énergie thermique 18A, 18B, deux vannes trois voies 20A, 20B, deux organes de pompage 22A, 22B, une vanne deux voies 24 et trois vannes anti-retour 26A-26C.
  • Une première extrémité 16A1 d'un premier système de stockage d'énergie thermique 16A est reliée à une première extrémité 16B1 d'un deuxième système de stockage d'énergie thermique 16B via une première branche de circulation de gaz 28A. Une première extrémité 16C1 d'un troisième système de stockage d'énergie thermique 16C est reliée à une première extrémité 16D1 d'un quatrième système de stockage d'énergie thermique 16D via une seconde branche de circulation de gaz 28B.
  • Un premier système de restitution d'énergie thermique 18A (de préférence un échangeur de chaleur) est agencé de manière à échanger de l'énergie thermique avec la première branche de circulation de gaz 28A. Un second système de restitution d'énergie thermique 18B (de préférence un échangeur de chaleur) est agencé de manière à échanger de l'énergie thermique avec la seconde branche de circulation de gaz 28B. Une première vanne trois voies 20A est reliée à une seconde extrémité 16A2 du premier système de stockage d'énergie thermique 16A, à une seconde extrémité 16B2 du deuxième système de stockage d'énergie thermique 16B et à une seconde extrémité 16C2 du troisième système de stockage d'énergie thermique 16C. Une seconde vanne trois voies 20B est reliée à la seconde extrémité 16B2 du deuxième système de stockage d'énergie thermique 16B, à la seconde extrémité 16C2 du troisième système de stockage d'énergie thermique 16C et à une seconde extrémité 16D2 du quatrième système de stockage d'énergie thermique 16D.
  • Un premier organe de pompage 22A (typiquement une pompe) connecte la seconde extrémité 16B2 du deuxième système de stockage d'énergie thermique 16B à la voie correspondante 20A1 de la première vanne trois voies 20A. Une autre voie 20A2 de la première vanne trois voies 20A est reliée à la seconde extrémité 16A2 du premier système de stockage d'énergie thermique 16A, et la dernière voie 20A3 de la première vanne trois voies 20A est reliée à la seconde extrémité 16C2 du troisième système de stockage d'énergie thermique 16C. Un second organe de pompage 22B (typiquement une pompe) connecte la seconde extrémité 16C2 du troisième système de stockage d'énergie thermique 16C à la voie correspondante 20B1 de la seconde vanne trois voies 20B. Une autre voie 20B2 de la seconde vanne trois voies 20B est reliée à la seconde extrémité 16D2 du quatrième système de stockage d'énergie thermique 16D, et la dernière voie 20B3 de la seconde vanne trois voies 20B est reliée à la seconde extrémité 16B2 du deuxième système de stockage d'énergie thermique 16B.
  • L'entrée 1E de la partie compresseur 1 du turbocompresseur électrique est reliée à la première extrémité 16A1 du premier système de stockage d'énergie thermique 16A en un premier point de connexion 30A sur la première branche de circulation de gaz 28A. La sortie 1S de la partie compresseur 1 du turbocompresseur électrique est reliée à la première extrémité 16B1 du deuxième système de stockage d'énergie thermique 16B en un second point de connexion 30B sur la première branche de circulation de gaz 28A· L'entrée 2E de la partie turbine 2 du turbocompresseur électrique est reliée à la première extrémité 16D1 du quatrième système de stockage d'énergie thermique 16D en un premier point de connexion 32A sur la seconde branche de circulation de gaz 28B. La sortie 2S de la partie turbine 2 du turbocompresseur électrique est reliée à la première extrémité 16C1 du troisième système de stockage d'énergie thermique 16C en un second point de connexion 32B sur la seconde branche de circulation de gaz 28B.
  • La vanne deux voies 24 est connectée sur la première branche de circulation de gaz 28A entre le premier point de connexion 30A et le second point de connexion 30B. Une première vanne anti-retour 26A est connectée entre la sortie 1S de la partie compresseur 1 du turbocompresseur électrique et le second point de connexion 30B de la première branche de circulation de gaz 28A. Une deuxième vanne anti-retour 26B est connectée entre la sortie 2S de la partie turbine 2 du turbocompresseur électrique et le second point de connexion 32B de la seconde branche de circulation de gaz 28B. Une troisième vanne anti-retour 26C est connectée sur la seconde branche de circulation de gaz 28B entre le premier point de connexion 32A et le second point de connexion 32B.
  • Le fonctionnement de la pompe à chaleur selon ce mode de réalisation particulier est illustré sur les figures 8 et 9, lorsque la pompe est dans un cycle de charge. Le sens du flux représenté par les flèches 34 implique ici que l'énergie thermique sous forme de chaleur est concentrée dans le deuxième système de stockage 16B (après avoir été extraite du premier système de stockage 16A puis comprimée dans le compresseur 1), alors que l'énergie thermique sous forme froid est concentrée dans le troisième système de stockage 16C (après avoir été extraite du quatrième système de stockage 16D puis détendue dans la turbine 2). Le stockage d'énergie thermique froide est à basse pression (typiquement autour d'un bar en valeur absolue lorsque le gaz utilisé est de l'air), tandis que le stockage d'énergie thermique chaude est à haute pression (typiquement entre un et cinq bars en valeur absolue lorsque le gaz utilisé est de l'air). L'extraction d'énergie thermique froide est à haute pression, tandis que l'extraction d'énergie thermique chaude est à basse pression. Les gradients de températures qui se créent dans les deuxième et troisième systèmes de stockage 16B, 16C font que de l'énergie thermique est transférée depuis le deuxième système de stockage 16B vers le quatrième système de stockage 16D d'une part, et depuis le troisième système de stockage 16C vers le premier système de stockage 16A d'autre part.
  • Le fonctionnement de la pompe à chaleur selon ce même mode de réalisation particulier est illustré sur les figures 10 et 11, lorsque la pompe est dans un cycle de décharge. En déchargeant l'énergie thermique stockée dans le deuxième système de stockage 16B et dans le troisième système de stockage 16C vers les deux systèmes de restitution d'énergie thermique 18A, 18B, il est possible de fournir de la chaleur et du froid à des systèmes clients. Il s'établit ainsi une première boucle 38 entre le premier système de stockage 16A et le deuxième système de stockage 16B d'une part, et une seconde boucle 40 entre le troisième système de stockage 16C et le quatrième système de stockage 16D d'autre part. Dans la première boucle 38 (dans laquelle le premier organe de pompage 22A est mis en route, et la pompe à chaleur fournit de la chaleur au premier système de restitution d'énergie thermique 18A), le deuxième système de stockage 16B se refroidit par la décharge et il se crée donc un gradient de températures qui fait circuler le gaz dans le sens du flux représenté par les flèches 41. Dans la seconde boucle 40 (dans laquelle le second organe de pompage 22B est mis en route, et la pompe à chaleur fournit du froid au second système de restitution d'énergie thermique 18B), le troisième système de stockage 16C se réchauffe par la décharge et il se crée donc un gradient de températures qui fait circuler le gaz dans le sens du flux représenté par les flèches 42.
  • Ce mode de réalisation particulier de la pompe à chaleur illustré sur les figures 8 à 11 permet d'« interchanger » l'ordre de circulation du gaz dans les premier et quatrième systèmes de stockage 16A, 16D durant l'opération de décharge par rapport à l'opération de charge, et ceci sans déplacer physiquement les systèmes de stockage 16A-16D. Cette opération a comme intérêt d'éviter d'introduire des différences thermiques trop importantes (chocs thermiques) qui perturberaient l'établissement des thermoclines dans les systèmes de stockage d'énergie thermique 16A-16D et donc seraient néfastes au rendement du stockage thermique et de l'application en général.
  • Des valeurs indicatives de températures, non limitatives, sont données ci-après à titre d'exemple pour le mode de réalisation particulier de la pompe à chaleur illustré sur les figures 8 à 11 :
    • la première extrémité 16A1 du premier système de stockage 16A présente par exemple une température sensiblement égale à + 60°C, et la seconde extrémité 16A2 du premier système de stockage 16A une température sensiblement égale à + 80°C ;
    • la première extrémité 16B1 du deuxième système de stockage 16B présente par exemple une température sensiblement égale à + 210°C, et la seconde extrémité 16B2 du deuxième système de stockage 16B une température sensiblement égale à + 80°C ;
    • la première extrémité 16C1 du troisième système de stockage 16C présente par exemple une température sensiblement égale à -30°C, et la seconde extrémité 16C2 du troisième système de stockage 16C une température sensiblement égale à + 80°C ;
    • la première extrémité 16D1 du quatrième système de stockage 16D présente par exemple une température sensiblement égale à + 20°C, et la seconde extrémité 16D2 du quatrième système de stockage 16D une température sensiblement égale à + 80°C ;
    • le fluide circulant dans le premier système de restitution d'énergie thermique 18A entre dans ce système 18A avec une température par exemple sensiblement égale à + 20°C et ressort de ce système 18A avec une température par exemple sensiblement égale à + 200°C ;
    • le fluide circulant dans le second système de restitution d'énergie thermique 18B entre dans ce système 18B avec une température par exemple sensiblement égale à + 25°C et ressort de ce système 18B avec une température par exemple sensiblement égale à - 25°C.
  • La [Fig.12] est un schéma conceptuel représentant un mode de réalisation particulier d'une pompe à chaleur selon la présente invention, dans un cycle de charge de la pompe à chaleur. De manière analogue au mode de réalisation précédent décrit en référence aux figures 8 à 11, la pompe à chaleur selon ce mode de réalisation particulier comporte un turbocompresseur électrique centrifuge mono étage 1, 2, quatre systèmes de stockages d'énergie thermique 16A-16D, deux systèmes de restitution d'énergie thermique 18A, 18B, deux vannes trois voies 20A, 20B, deux organes de pompage 22A, 22B, une vanne deux voies 24 et trois vannes anti-retour 26A-26C (qui sont tous reliés de la même manière que dans le mode de réalisation précédent). En-dehors du turbocompresseur 1, 2 et des deux systèmes de restitution d'énergie thermique 18A, 18B, les autres éléments précités ne sont pas représentés sur la [Fig.12] pour des raisons de clarté. La pompe à chaleur comporte en outre trois systèmes de restitution d'énergie thermique additionnels 44A-44C, quatre vannes deux voies additionnelles 46A-46D et quatre vannes trois voies additionnelles 48A-48D et quatre organes de pompage additionnels 49A-49D. Ce mode de réalisation particulier des figures 12 à 15 constitue donc un perfectionnement du mode de réalisation précédent décrit en référence aux figures 8 à 11. Dans les figures 12 à 15, les éléments décrits avec les mêmes références numériques que ceux des figures 8 à 11 sont identiques à ces derniers et ne seront donc pas décrits plus en détail par la suite.
  • Comme illustré sur la [Fig.12], une première extrémité 44A1 d'un premier système de restitution d'énergie thermique additionnel 44A est reliée à une première extrémité 18A1 du premier système de restitution d'énergie thermique 18A via une première et une deuxième vannes deux voies additionnelles 46A, 46B. Une seconde extrémité 44A2 du premier système de restitution d'énergie thermique additionnel 44A est reliée à une seconde extrémité 18A2 du premier système de restitution d'énergie thermique 18A. Une première extrémité 44B1 d'un deuxième système de restitution d'énergie thermique additionnel 44B est reliée à une première extrémité 18B1 du second système de restitution d'énergie thermique 18B. Une seconde extrémité 44B2 du deuxième système de restitution d'énergie thermique additionnel 44B est reliée à une seconde extrémité 18B2 du second système de restitution d'énergie thermique 18B via une troisième et une quatrième vannes deux voies additionnelles 46C, 46D. Une première extrémité 44C1 d'un troisième système de restitution d'énergie thermique additionnel 44C est reliée au premier point de connexion 30A sur la première branche de circulation de gaz 28A ; et une seconde extrémité 44C2 du troisième système de restitution d'énergie thermique additionnel 44C est reliée au second point de connexion 32B sur la seconde branche de circulation de gaz 28B.
  • Une première vanne trois voies additionnelle 48A est reliée à l'entrée 1E de la partie compresseur 1 du turbocompresseur électrique, au premier point de connexion 30A sur la première branche de circulation de gaz 28A et à la première extrémité 44C1 du troisième système de restitution d'énergie thermique additionnel 44C. Une deuxième vanne trois voies additionnelle 48B est reliée à la sortie 1S de la partie compresseur 1 du turbocompresseur électrique, au second point de connexion 30B sur la première branche de circulation de gaz 28A et à une des voies 48C1 d'une troisième vanne trois voies additionnelle 48C via une première conduite de gaz 50A. La troisième vanne trois voies additionnelle 48C est reliée en outre à l'entrée 2E de la partie turbine 2 du turbocompresseur électrique et au premier point de connexion 32A sur la seconde branche de circulation de gaz 28B. Une quatrième vanne trois voies additionnelle 48D est reliée à la sortie 2S de la partie turbine 2 du turbocompresseur électrique, au second point de connexion 32B sur la seconde branche de circulation de gaz 28B et à la seconde extrémité 44C2 du troisième système de restitution d'énergie thermique additionnel 44C via une seconde conduite de gaz 50B.
  • Les premier et troisième systèmes de restitution d'énergie thermique additionnels 44A, 44C sont chacun agencés de manière à échanger de l'énergie thermique avec la première conduite de gaz 50A. Le deuxième système de restitution d'énergie thermique additionnel 44B est agencé de manière à échanger de l'énergie thermique avec la seconde conduite de gaz 50B.
  • Un premier organe de pompage additionnel 49A (typiquement une pompe) connecte la seconde extrémité 44A2 du premier système de restitution additionnel 44A à la sortie « chaude » 56 de l'ensemble formé par le premier système de restitution 18A et le premier système de restitution additionnel 44A. Un deuxième organe de pompage additionnel 49B (typiquement une pompe) connecte la seconde extrémité 18A2 du premier système de restitution 18A à la sortie « chaude » 56 de l'ensemble formé par le premier système de restitution 18A et le premier système de restitution additionnel 44A. Un troisième organe de pompage additionnel 49C (typiquement une pompe) connecte la première extrémité 44B1 du deuxième système de restitution additionnel 44B à la sortie « froide » 58 de l'ensemble formé par le second système de restitution 18B et le deuxième système de restitution additionnel 44B. Un quatrième organe de pompage additionnel 49D (typiquement une pompe) connecte la première extrémité 18B1 du second système de restitution 18B à la sortie « froide » 58 de l'ensemble formé par le second système de restitution 18B et le deuxième système de restitution additionnel 44B.
  • Le fonctionnement de la pompe à chaleur selon ce mode de réalisation particulier est illustré sur les figures 12 et 13, lorsque la pompe est dans un cycle de charge. Lorsqu'elle est dans un cycle de charge, la pompe à chaleur fonctionne de manière analogue au mode de réalisation précédent décrit en référence aux figures 8 à 11. Autrement dit, l'énergie thermique sous forme de chaleur est concentrée dans le deuxième système de stockage 16B (après avoir été extraite du premier système de stockage 16A puis comprimée dans le compresseur 1), alors que l'énergie thermique sous forme froid est concentrée dans le troisième système de stockage 16C (après avoir été extraite du quatrième système de stockage 16D puis détendue dans la turbine 2).
  • Le fonctionnement de la pompe à chaleur selon ce même mode de réalisation particulier est illustré sur les figures 14 et 15, lorsque la pompe est dans un cycle de décharge. Lors de la décharge de la pompe à chaleur, il est possible de fournir de la chaleur et du froid à des systèmes clients tout en continuant en parallèle un cycle de charge des deuxième et troisième systèmes de stockage 16B, 16C. En effet, comme illustré sur la [Fig.15], il s'établit deux boucles 52A, 52B de restitution de chaleur d'une part (correspondant à une restitution de chaleur effectuée vers le premier système de restitution 18A et vers le premier système de restitution additionnel 44A), et deux boucles 54A, 54B de restitution de froid d'autre part (correspondant à une restitution de froid effectuée vers le second système de restitution 18B et vers le second système de restitution additionnel 44B). Pour chaque circuit de restitution (chaud d'une part et froid d'autre part), chaque boucle 52A, respectivement 54A peut fonctionner indépendamment de l'autre boucle 52B, respectivement 54B, en parallèle de cette dernière ou bien individuellement.
  • Dans la première boucle 52A du circuit de restitution de chaleur (dans laquelle le premier organe de pompage 22A et le deuxième organe de pompage additionnel 49B sont mis en route - cette boucle 52A s'établissant entre le premier système de stockage 16A et le deuxième système de stockage 16B), le gaz circule dans le sens du flux représenté par les flèches 60. Dans la deuxième boucle 52B du circuit de restitution de chaleur (dans laquelle le premier organe de pompage additionnel 49A est mis en route
    • cette boucle 52B s'établissant au niveau de la partie compresseur 1 du turbocompresseur électrique, avec de l'énergie instantanée produite par le turbocompresseur 1, 2 et circulant notamment dans la première conduite de gaz 50A), le gaz circule dans le sens du flux représenté par les flèches 62. Dans la première boucle 54A du circuit de restitution de froid (dans laquelle le second organe de pompage 22B et le quatrième organe de pompage additionnel 49D sont mis en route - cette boucle 54A s'établissant entre le troisième système de stockage 16C et le quatrième système de stockage 16D), le gaz circule dans le sens du flux représenté par les flèches 64. Dans la deuxième boucle 54B du circuit de restitution de froid (dans laquelle le troisième organe de pompage additionnel 49C est mis en route - cette boucle 54B s'établissant au niveau de la partie turbine 2 du turbocompresseur électrique, avec de l'énergie instantanée produite par le turbocompresseur 1, 2 et circulant notamment dans la seconde conduite de gaz 50B), le gaz circule dans le sens du flux représenté par les flèches 66.
  • Outre les avantages liés au précédent mode de réalisation (et exposés précédemment), ce mode de réalisation particulier de la pompe à chaleur tel qu'illustré sur les figures 12 à 15 est à même de produire du chaud et du froid en instantané, et ce en même temps qu'il décharge du chaud et du froid des systèmes de stockage d'énergie thermique. Ceci est avantageux car cela permet d'ajouter de la puissance instantanée (issue du turbocompresseur électrique 1, 2) à l'énergie précédemment stockée et qui est donc restituée en parallèle de l'énergie produite de façon instantanée, par exemple pour adresser une pointe de demande avec un surcoût minimum en équipement (trois systèmes de restitution d'énergie thermique additionnels 44A-44C). En effet, dans ce mode de réalisation particulier illustré sur les figures 12 à 15, la décharge de la pompe à chaleur peut être effectuée :
    • soit en fournissant uniquement l'énergie instantanée produite par le turbocompresseur électrique centrifuge mono étage 1, 2 ;
    • soit en fournissant en même temps l'énergie stockée des systèmes de stockage d'énergie thermique et celle du turbocompresseur électrique centrifuge mono étage (donc avec une décharge de l'énergie produite durant la charge précédente ajoutée à celle de la puissance instantanée produite par le turbo-compresseur).
  • Cela évite par exemple de devoir surdimensionner le système (notamment en augmentant la taille des systèmes de stockage d'énergie thermique pour stocker plus et/ou en augmentant la taille de la machine, par exemple pour produire davantage la nuit).
    • EXEMPLES
  • Les figures annexées peuvent être reproduites par l'utilisation des pièces décrites ci-dessous.
    • 1. Turbo-Compresseur électrique et turbine
  • La turbine et le compresseur électrique sont combinés en une seule turbomachine, qui est un turbocompresseur électrique centrifuge mono étage.
  • Par exemple, l'un des turbocompresseurs ci-dessous peut être utilisé :
    • Garrett "Electric Turbo Compressor (with recovery turbine) for Fuel Cell Electric Vehicles"
    • Fisher EMTCT-120k Air / EMTCT-90k Air: Electric Micro Turbo compressor with turbine for energy recovery or similar
    • BorgWarner eTurbo
    • IHI Fuel Cell Turbocharger
    • Liebherr - Electrical compressor with turbine (ETC) 25kW et 55kW
    • Mitsubishi ® electric turbo-chargers
    • Holset® electric turbochargers (part of Cummins)
    2. Système de stockage : cuves
  • Les cuves métalliques, tels que des réservoirs cylindriques métalliques, standard (acier ou inox) de différentes tailles, peuvent être isolées thermiquement et capables de contenir de l'air comprimé sous une pression jusqu'à 10 bars, entre 0,5 et 10m3, voire plus.
  • Il existe plusieurs dizaines de fabricants à travers le monde. Les sociétés suivantes par exemple vendent des cuves pouvant convenir :
    • Herpasa® ; « cuves avec isolation thermique »
    • EMI air comprimé ® ; voir par exemple P 265 GH - EN10028-2 ; P 275 NH - EN10028-3 ; P 265 GH - EN10028-2 ; ou encore la cuve P 275 NH - EN10028-3
    • Kaeser Compresseurs® ;
    • Colibris Compression ® ; voir par exemple le réservoir Pauchard vertical galvanisé 2000L BP RTCABJA000

Claims (12)

  1. Pompe à chaleur électrique, comprenant :
    - au moins deux systèmes de stockages d'énergie thermique (4, 5 ; 16A-16D), et
    - au moins un système de restitution d'énergie thermique (6 ; 18A, 18B), dans laquelle :
    - au moins l'un des systèmes de stockage d'énergie thermique (5 ; 16B) est configuré pour stocker de l'énergie thermique sous forme de chaleur à une température comprise entre + 100°C et + 800°C,
    - au moins l'un des systèmes de stockage d'énergie thermique (4 ; 16C) est configuré pour stocker de l'énergie thermique sous forme de froid à une température comprise entre - 100°C et + 150°C ; et
    - ledit au moins un système de restitution d'énergie thermique (6 ; 18A, 18B) est configuré pour restituer de manière séparée ou parallèle dans le temps la chaleur et/ou le froid, ou
    - ledit au moins un système de restitution d'énergie thermique (6 ; 18A, 18B) est configuré pour un fonctionnement d'une restitution parallèle pouvant être alternée avec un fonctionnement en restitution séparée dans le temps de la chaleur et/ou du froid ; la pompe à chaleur étant configurée pour comprendre un cycle de Brayton inversé fonctionnant avec un gaz ;
    caractérisée en ce que la pompe à chaleur comprend un unique turbo-compresseur électrique centrifuge mono étage (1, 2).
  2. Pompe à chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que le turbo-compresseur électrique centrifuge mono étage (1, 2) présente un taux de compression compris entre 1 et 5, le taux de compression étant défini comme le rapport entre la pression de sortie de la partie compresseur (1) du turbocompresseur et la pression en entrée de ladite partie compresseur (1).
  3. Pompe à chaleur selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que :
    - au moins l'un des systèmes de stockage d'énergie thermique (4 ; 16C) est configuré pour stocker de l'énergie thermique à des températures comprises entre - 50°C et + 100°C, et/ou
    - en ce qu'au moins l'un des systèmes de stockage d'énergie thermique (5 ; 16B) est configuré pour stocker de l'énergie thermique à des températures comprises entre + 150°C et + 500°C, préférentiellement entre + 200°C et + 400°C.
  4. Pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que lesdits au moins deux systèmes de stockages d'énergie thermique (4, 5 ; 16A-16D) sont configurés pour stocker de l'énergie thermique sous forme de chaleur et sous forme de froid.
  5. Pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les différents organes de fonctionnement de ladite pompe à chaleur sont isolés dans des modules, lesdits modules étant configurés pour être connectés les uns aux autres par exemple par connexions physiques tels que des vannes, des pipes à connecter et/ou des tuyaux.
  6. Pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle est configurée pour être couplée à au moins une source de chaleur naturelle et/ou au moins une source de chaleur artificielle telle qu'une chaudière à gaz, un four à gaz, une chaleur d'origine solaire ou une chaleur fatale (11), un séchoir et/ou d'une déperdition de chaleur d'origine artificielle.
  7. Pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le gaz utilisé dans le cycle de Brayton inversé de la pompe à chaleur est de l'air, ou un gaz noble de type hélium ou argon, ou encore un mélange entre ces gaz.
  8. Pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la pompe à chaleur comporte quatre systèmes de stockages d'énergie thermique (16A-16D), deux systèmes de restitution d'énergie thermique (18A, 18B), deux vannes trois voies (20A, 20B) et deux organes de pompage (22A, 22B) ; une première extrémité (16A1) d'un premier système de stockage d'énergie thermique (16A) étant reliée à une première extrémité (16B1) d'un deuxième système de stockage d'énergie thermique (16B) via une première branche de circulation de gaz (28A) ; une première extrémité (16C1) d'un troisième système de stockage d'énergie thermique (16C) étant reliée à une première extrémité (16D1) d'un quatrième système de stockage d'énergie thermique (16D) via une seconde branche de circulation de gaz (28B) ; un premier système de restitution d'énergie thermique (18A) étant agencé de manière à échanger de l'énergie thermique avec la première branche de circulation de gaz (28A), un second système de restitution d'énergie thermique (18B) étant agencé de manière à échanger de l'énergie thermique avec la seconde branche de circulation de gaz (28B) ; une première vanne trois voies (20A) étant reliée à une seconde extrémité (16A2) du premier système de stockage d'énergie thermique (16A), à une seconde extrémité (16B2) du deuxième système de stockage d'énergie thermique (16B) et à une seconde extrémité (16C2) du troisième système de stockage d'énergie thermique (16C) ; une seconde vanne trois voies (20B) étant reliée à la seconde extrémité (16B2) du deuxième système de stockage d'énergie thermique (16B), à la seconde extrémité (16C2) du troisième système de stockage d'énergie thermique (16C) et à une seconde extrémité (16D2) du quatrième système de stockage d'énergie thermique (16D) ; un premier organe de pompage (22A) connectant la seconde extrémité (16B2) du deuxième système de stockage d'énergie thermique (16B) à la voie correspondante (20A1) de la première vanne trois voies (20A) ; un second organe de pompage (22B) connectant la seconde extrémité (16C2) du troisième système de stockage d'énergie thermique (16C) à la voie correspondante (20B1) de la seconde vanne trois voies (20B) ; l'entrée (1E) de la partie compresseur (1) du turbocompresseur électrique étant reliée à la première extrémité (16A1) du premier système de stockage d'énergie thermique (16A) en un premier point de connexion (30A) sur la première branche de circulation de gaz (28A) ; la sortie (1S) de la partie compresseur (1) du turbocompresseur électrique étant reliée à la première extrémité (16B1) du deuxième système de stockage d'énergie thermique (16B) en un second point de connexion (30B) sur la première branche de circulation de gaz (28A) ; l'entrée (2E) de la partie turbine (2) du turbocompresseur électrique étant reliée à la première extrémité (16D1) du quatrième système de stockage d'énergie thermique (16D) en un premier point de connexion (32A) sur la seconde branche de circulation de gaz (28B) ; la sortie (2S) de la partie turbine (2) du turbo-compresseur électrique étant reliée à la première extrémité (16C1) du troisième système de stockage d'énergie thermique (16C) en un second point de connexion (32B) sur la seconde branche de circulation de gaz (28B).
  9. Pompe à chaleur selon la revendication précédente caractérisée en ce que la pompe à chaleur comporte en outre une vanne deux voies (24) et trois vannes anti-retour (26A, 26B, 26C) ; la vanne deux voies (24) étant connectée sur la première branche de circulation de gaz (28A) entre le premier point de connexion (30A) et le second point de connexion (30B) ; une première vanne anti-retour (26A) étant connectée entre la sortie (1S) de la partie compresseur (1) du turbocompresseur électrique et le second point de connexion (30B) de la première branche de circulation de gaz (28A) ; une deuxième vanne anti-retour (26B) étant connectée entre la sortie (2S) de la partie turbine (2) du turbocompresseur électrique et le second point de connexion (32B) de la seconde branche de circulation de gaz (28B) ; une troisième vanne anti-retour (26C) étant connectée sur la seconde branche de circulation de gaz (28B) entre le premier point de connexion (32A) et le second point de connexion (32B).
  10. Pompe à chaleur selon la revendication 8 ou 9 caractérisée en ce que la pompe à chaleur comporte en outre trois systèmes de restitution d'énergie thermique additionnels (44A-44C), quatre vannes deux voies additionnelles (46A-46D) et quatre vannes trois voies additionnelles (48A-48D) ; une première extrémité (44A1) d'un premier système de restitution d'énergie thermique additionnel (44A) étant reliée à une première extrémité (18A1) du premier système de restitution d'énergie thermique (18A) via une première et une deuxième vannes deux voies (46A, 46B) ; une seconde extrémité (44A2) du premier système de restitution d'énergie thermique additionnel (44A) étant reliée à une seconde extrémité (18A2) du premier système de restitution d'énergie thermique (18A) ; une première extrémité (44B1) d'un deuxième système de restitution d'énergie thermique additionnel (44B) étant reliée à une première extrémité (18B1) du second système de restitution d'énergie thermique (18B) ; une seconde extrémité (44B2) du deuxième système de restitution d'énergie thermique additionnel (44B) étant reliée à une seconde extrémité (18B2) du second système de restitution d'énergie thermique (18B) via une troisième et une quatrième vannes deux voies (46C, 46D) ; une première extrémité (44C1) d'un troisième système de restitution d'énergie thermique additionnel (44C) étant reliée au premier point de connexion (30A) sur la première branche de circulation de gaz (28A) ; une seconde extrémité (44C2) du troisième système de restitution d'énergie thermique additionnel (44C) étant reliée au second point de connexion (32B) sur la seconde branche de circulation de gaz (28B) ; une première vanne trois voies additionnelle (48A) étant reliée à l'entrée (1E) de la partie compresseur (1) du turbo-compresseur électrique, au premier point de connexion (30A) sur la première branche de circulation de gaz (28A) et à la première extrémité (44C1) du troisième système de restitution d'énergie thermique additionnel (44C) ; une deuxième vanne trois voies additionnelle (48B) étant reliée à la sortie (1S) de la partie compresseur (1) du turbocompresseur électrique, au second point de connexion (30B) sur la première branche de circulation de gaz (28A) et à une des voies (48C1) d'une troisième vanne trois voies additionnelle (48C) via une première conduite de gaz (50A) ; la troisième vanne trois voies additionnelle (48C) étant reliée en outre à l'entrée (2E) de la partie turbine (2) du turbocompresseur électrique et au premier point de connexion (32A) sur la seconde branche de circulation de gaz (28B) ; une quatrième vanne trois voies additionnelle (48D) étant reliée à la sortie (2S) de la partie turbine (2) du turbocompresseur électrique, au second point de connexion (32B) sur la seconde branche de circulation de gaz (28B) et à la seconde extrémité (44C2) du troisième système de restitution d'énergie thermique additionnel (44C) via une seconde conduite de gaz (50B) ; les premier et troisième systèmes de restitution d'énergie thermique additionnels (44A, 44C) étant chacun agencés de manière à échanger de l'énergie thermique avec la première conduite de gaz (50A) ; le deuxième système de restitution d'énergie thermique additionnel (44B) étant agencé de manière à échanger de l'énergie thermique avec la seconde conduite de gaz (50B).
  11. Procédé de fourniture d'énergie thermique sous forme de chaleur à une température comprise entre + 100°C et + 800°C et/ou de froid à une température comprise entre - 100°C et + 150°C, par l'utilisation d'une pompe à chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant les étapes suivantes :
    (a) une étape de cycle de charge par compression mécanique d'au moins un gaz avec préférentiellement une détente mécanique dudit au moins un gaz ; et
    (b) une étape de cycle de décharge sans compression et/ou détente dans laquelle l'énergie thermique est déchargée via au moins un système de restitution d'énergie thermique, par exemple via au moins une vanne, au moins un circulateur et/ou au moins un échangeur thermique.
  12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape (b) de cycle de décharge se fait en parallèle à l'étape (a) de cycle de charge.
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JP3037649B2 (ja) 1997-10-24 2000-04-24 株式会社荏原製作所 除湿空調システム
FR2916101B1 (fr) * 2007-05-11 2009-08-21 Saipem Sa Installation et procedes de stockage et restitution d'energie electrique
EP2220343B8 (fr) 2007-10-03 2013-07-24 Isentropic Limited Appareil de stockage d'énergie et procédé de stockage d'énergie
EP2574740A1 (fr) 2011-09-29 2013-04-03 Siemens Aktiengesellschaft Installation de stockage d'énergie thermique
EP2574865A1 (fr) 2011-09-29 2013-04-03 Siemens Aktiengesellschaft Dispositif de stockage d'énergie et procédé de stockage d'énergie
JP2016211830A (ja) 2015-05-13 2016-12-15 多門 山内 温冷両熱同時獲得保存装置の無駄を無くし効果をより高める方法
CN107923655B (zh) * 2015-08-17 2021-01-22 三菱电机株式会社 热利用装置
US10233787B2 (en) 2016-12-28 2019-03-19 Malta Inc. Storage of excess heat in cold side of heat engine
DE102018221850A1 (de) 2018-12-14 2020-06-18 Glen Dimplex Deutschland Gmbh Wärmepumpenanlage
CN110206599B (zh) * 2019-06-04 2022-03-29 中国科学院工程热物理研究所 一种冷热电联储联供系统
DE102019127431B4 (de) * 2019-10-11 2021-05-06 Enolcon Gmbh Thermischer Stromspeicher mit Festbett-Wärmespeicher und Festbett-Kältespeicher und Verfahren zum Betreiben eines thermischen Stromspeichers

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