FR3016919A1 - Procede de stockage et de restitution d'energie par thermocompression et thermo-detente - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de stockage et de restitution d'énergie, dans lequel : - pour stocker de l'énergie provenant d'un apport externe : - on extrait un premier constituant A d'au moins un mélange AB en phase liquide de ce premier constituant A avec un deuxième constituant B au moins partiellement miscible avec le premier, par thermocompression en vaporisant au moins partiellement le constituant A et en comprimant le constituant A sous phase vapeur en utilisant de l'énergie provenant de l'apport externe, - l'on accumule le constituant A ainsi extrait et au moins un mélange enrichi en constituant B, et - pour restituer de l'énergie vers un accepteur externe : - on opère une thermo-détente du constituant A ainsi accumulé, en prélevant de l'énergie liée à une détente du constituant A pour la restituer au moins partiellement à l'accepteur externe, et en diluant le constituant A après détente avec au moins un mélange enrichi en constituant B précédemment accumulé.

Description

La présente invention a trait à n procédé de stockage et de restitution d'énergie, ainsi qu'à une installation pour la mise en oeuvre du procédé. Actuellement, le mode de stockage d'énergie mécanique (ainsi que d'énergie électrique après conversion) le plus répandu est le stockage gravitaire (Station de Transfert 5 d'Energie par Pompage ou STEP en abrégé), qui présente l'inconvénient de nécessiter des dénivelés importants, obtenus en général en exploitant des sites en monta:etc, qui sont en nombre limité, et souvent éloignés du site de production, impliquant un transport d'électricité sur des distances importantes, relativement coûteux et générateur de déperditions d'énergie. Ce mode de stockage se heurte ainsi à des limites 10 environnementales et économiques. Une autre option consiste à stocker l'énergie au moyen d'air comprimé. Ce dernier peut être stocké dans des cavités souterraines, ce qui implique de disposer de sites géologiques adéquats, ou dans des enceintes sous pression, qui posent des problèmes de réalisation et de coût. De tels moyens de stockage présentent l'avantage de pouvoir être 15 facilement localisés sur la plupart des sites de production et/ou d'exploitation de l'énergie que l'on désire pouvoir stocker, mais la nécessité de stocker des quantités importantes de gaz sous pression entraîne des limitations physiques et économiques. Le brevet européen EP 0 072 305 décrit un procédé de stockage sous forme que d'une énergie mécanique ou thermique et de récupération sous forme mécanique 20 de l'énergie stockée. Le procédé décrit dans ce brevet présente des limitations, concernant tout d'abord les transferts thermiques, qui sont opérés à travers des surfaces le long desquelles s'effectuent également des transferts de matière, ce qui entraîne des contraintes importantes. Par ailleurs, ce procédé antérieur met en oeuvre un mélange dont la 25 température et la composition restent constantes en ré: e permanent, par exemple un concentrat à 30% NH3, 70% 1120 en entrée et un diluat à 40% NH3 et 60% H20 en sortie, ce qui entraîne une irréversibilité importante et un faible rendement global. 11 demeure par conséquent un besoin pour bénéficier d'un procédé et d'une installation de stockage et de restitution d'énergie, qui : 30 soient simples, fiables, et d'une grande durée de vie, permettent de réaliser un stockage sur une longue période de temps sans dégradation des capacités de stockage, - permettent d'opérer dans une large gamme de capacités, et - permettent un stockage en phase liquide à relativement basse pression. La présente invention vise à répondre à ce besoin et à remédier à tout ou partie des inconvénients des installations et procédés existants, et elle y parvient grâce à un 5 procédé de stockage et de restitution d'énergie, dans lequel : Pour stocker de l'énergie provenant d'un apport externe, on extrait un premier constituant A d'au moins un mélange AB en phase liquide de ce premier constituant A avec un deuxième constituant B au moins partiell - if ent miscible avec le premier, par thermocompression en vaporisant au moins partiellement le constituant A et en 10 comprimant le constituant A sous phase vapeur en utilisant de l'énergie provenant de l'apport externe, en opérant l'extraction à partir d'au moins deux mélanges à des concentrations en B différentes, ou en opérant à p d'un mélange AB dont la concentration du constituant B en solution reste sensiblement constante au cours de l'extraction du constituant A, ou en faisant varier le taux de compression du constituant A 15 en phase vapeur en fonction de l'évolution de la concentration en constituant B dans le mélange de départ lors de l'extraction, et l'on accumule le constituant A ainsi extrait et au moins un mélange enrichi en constituant B et, pour restituer de l'énergie vers un accepteur externe, on opère une thermo-détente du constituant A ainsi accumulé, en prélevant de l'énergie liée à une détente du constituant A pour la restituer au moins partiellement à 20 l'accepteur externe, et en diluant le constituant A après détente avec au moins un mélange enrichi en constituant B précédemment accumulé, en opérant la détente et la dilution avec au moins deux mélanges enrichis en consti t B à des concentrations différentes, ou en opérant la détente et la dilution avec un mélange dont la concentration en solution de B reste sensiblement constante lors de la dilution du constituant A, ou en faisant varier le 25 taux de détente du constituant A en phase vapeur en fonction de l'évolution de la concentration en constituant B du mélange d'arrivée lors de la dilution. Les deux mélanges AB peuvent être à des températures différentes ou non. En particulier, les mélanges : sont par exemple à pression constante et températures différentes, ou à pression variable et à une température constante. 30 L'invention permet d'opérer plus facilement dans des conditions proches des conditions de réversibilité thermodynamique, à la fois pour le stockage et la restitution d'énergie, afin d'obtenir un meilleur rendement, rendant ainsi le procédé plus facilement viable économiquement. L'invention met en oeuvre des opérations de mélange en phase liquide et de séparation au moins partielle entre au moins deux constituants A et B qui sont au moins 5 partiellement miscibles entre eux. Au cours de la séparation entre les deux constituants A et B, de l'énergie est consommée et stockée. Puis, au cours du mélange, elle est restituée. Le mélange AB peut être constitué, par exemple, par une phase aqueuse contenant un sel ou un fluide organique soluble dans l'eau ou encore par un mélange de constituants organiques. De préférence, le constituant A est de l'eau, et le constituant B un sel. Le 10 constituant A et le constituant B ne sont pas nécessairement formés par un corps pur. 11 est possible d'utiliser comme constituant A un mélange, par exemple, mais pas exclusivement un mélange azéotropique. De même le constituant B peut être formé par un mélange, par exemple un mélange de sels. Le procédé de stockage et de restitution d'énergie selon l'invention s'applique 15 à une large gamme d'applications stationnaires et/ou embarquées. Il permet notamment de réaliser des installations de stockage de relativement grande capacité associées à des installations stationnaires de production d'électricité, pour répondre aux besoins des utilisateurs de systèmes de génération d'électricité par des sources d'énergie intermittentes (éolienne ou solaire). 20 Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, pour le stockage d'énergie, on opère l'extraction à partir d'au moins deux mélanges AB à des concentrations en B différentes, éventuellement à des températures différentes. En variante, pour le stockage d'énergie on opère à partir d'un mélange : dont la concentration du constituant B en solution reste sensiblement constante au cours de l'extraction du constituant A. En 25 variante encore, pour stocker de l'énergie, on fait varier le taux de compression du consti t A en phase vapeur en fonction de l'évolution de la concentration en constituant B dans le mélange de départ lors de l'extraction. A cet effet, on peut mesurer en temps réel la concentration en B et piloter automatiquement un compresseur en fonction de la concentration ainsi mesurée. 30 Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, pour restituer de l'énergie, on opère la détente et la dilution avec au moins deux mélanges enrichis en constituant B à des concentrations différentes, éventuellement à des températures différentes. En variante, pour restituer de l'énergie on opère la détente et la dilution avec un mélange dont la concentration en solution de B reste sensiblement constante lors de la dilution du constituant A. En variante encore, pour restituer de l'énergie on fait varier le taux de détente du constituant A en phase vapeur en fonction de l'évolution de la concentration en constituant B du mélange d'arrivée lors de la dilution. Le constituant A et le mélange enrichi en constituant B accumulés lors du stockage de l'énergie sont de préférence stockés en phase liquide, de préférence à une pression inférieure ou égale à 5 bars, mieux inférieure ou égale à 3bars, dans des enceintes respectives.

Lors du stockage d'énergie, le constituant A en phase vapeur peut être, après compression, condensé en fournissant de la chaleur au mélange des constituants A et B. Cette chaleur peut être utilisée pour vaporiser le constituant A en vue de le comprimer. Lors de la restitution d'énergie, le constituant A en phase vapeur peut, après détente, être absorbé dans le mélange des constituants A et B, et fournir de la chaleur, cette 15 dernière étant utilisée de préférence au moins en partie pour vaporiser une fraction de la phase condensée. Le constituant A est de préférence de l'eau et le constituant B un sel ou un mélange de sels, ou encore un liquide ionique. En variante, le constituant A peut-être du dioxyde de carbone, de l'ammoniac ou de l'eau, et le constituant B être un solvant 20 physique ou chimique du constituant A, en phase aqueuse ou organique. La phase vapeur à relativement haute pression du constituant A obtenue après compression au cours de la phase de séparation et de stockage d'énergie est de préférence désurchauffée en cédant au moins en p. 'e la chaleur de désurchauffe à une phase solide ou liquide de captation, et la phase vapeur à relativement basse pression du constituant A 25 obtenue par vaporisation d'une fraction de phase condensée au cours de l'étape de mélange et de restitution d'énergie est de préférence surchauffée par échange avec la phase solide ou liquide de captation, avant d'être détendue. Au cours de la phase de séparation, la compression du constituant A en phase vapeur à relativement basse pression peut être réalisée en recueillant ladite phase vapeur 30 dans un réservoir, à l'intérieur de laquelle elle est en contact avec une phase liquide, puis en pompant la phase liquide de façon à comprimer la phase vapeur à l'intérieur dudit réservoir, en prélevant de l'énergie mécanique par l'intermédiaire de la pompe. Cela peut faciliter l'obtention d'une compression isotherme. Au cours de la phase de mélange lors de la restitution d'énergie, le constituant A en phase vapeur à relativement haute pression peut être détendu, en recueillant la phase 5 vapeur à l'intérieur dudit réservoir, puis en détendant la phase vapeur à l'intérieur dudit réservoir, en recueillant de l'énergie mécanique par l'intermédiaire de la pompe. La compression et la détente de la phase vapeur du constituant A, respectivement au cours des phases de compression et de détente, peuvent être réalisées au moyen de deux réservoirs recueillant la phase vapeur alternativement dans chacun desdits réservoirs, l'admission et 10 l'évacuation de la phase vapeur étant opérées par un jeu de vannes, les deux réservoirs étant placés dans une enceinte contenant une phase solide ou liquide, permettant de capter la chaleur libérée par la phase vapeur au cours du processus de compression et de la restituer à la phase vapeur au cours du processus de détente, de façon à opérer la compression et la détente de façon sensiblement isotherme. 15 Les étapes de séparation et de mélange des constituants A et B peuvent être opérées à l'aide de plusieurs étages montés en série, à l'intérieur desquels la teneur en constituant B du mélange AB en phase liquide évolue progressivement entre une teneur Ci en B à l'entrée du premier étage et une teneur Cn en B à la sortie du dernier étage. Les conditions de pression et de température sont de préférence ajustées de façon à rester 20 proche de l'équilibre au sein de chacun des étages. Le nombre d'étages est de préférence supérieur ou égal à trois, mieux à quatre. La solution de B dans A peut être stockée dans une première enceinte, à l'intérieur de laquelle la teneur en constituant A évolue progressivement au cours de l'étape de séparation, lors du stockage d'énergie, et au cours de l'étape de mélange lors de 25 la restitution d'énergie, la phase riche en constituant A recueillie au cours de l'étape de séparation étant stockée dans une deuxième enceinte, d'où elle est prélevée pour être vaporisée au cours de l'étape de mélange. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le mélange des constituants A et B forme une phase liquide comprenant en suspension une partie du constituant B en 30 phase solide ou liquide, de façon à maintenir la solution en phase liquide constamment saturée en constituant B au cours des étapes de séparation lors stockage d'énergie et de mélange lors de _ restitution d'énergie. La phase en suspension est alors dispersée sous forme de particules ou de gouttelettes. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'étape de séparation et de stockage d'énergie est réalisée en chauffant un mélange AB en phase liquide, de façon à 5 concentrer progressivement la phase liquide formée par le mélange AB en constituant B, en la faisant circuler dans une première enceinte comportant une série d'étages, en générant une fraction vapeur riche en constituant A à une pression relativement basse, et en comprimant ladite fraction vapeur en prélevant de l'énergie mécanique. On absorbe progressivement ladite fraction vapeur dans un mélange AB, circulant dans une deuxième 10 enceinte comportant une série d'étages, dans une direction globalement opposée à la direction dans laquelle le mélange AB circule dans la première enceinte, en fournissant de la chaleur à la solution de A dans B et en stockant la phase liquide riche en A ainsi que la phase liquide riche en B ainsi obtenues. La pression de vapeur en constituant A dans chacune des enceintes peut être constante. La température du mélange au sein de chaque 15 enceinte peut varier d'un étage à l'autre, en fonction de la concentration en constituant B. L'étape de mélange et de restitution d'énergie peut être réalisée en générant une fraction vapeur riche en constituant A à partir du mélange AB circulant dans la deuxième enceinte à une pression relativement élevée, à détendre la phase vapeur ainsi obtenue en fournissant de l'énergie mécanique, et en absorbant progressivement la phase 20 vapeur ainsi obtenue à relativement basse pression dans la solution circulant dans la première enceinte, en fournissant de la chaleur, utilisée au moins en partie pour générer la fraction vapeur riche en constituant A à partir du mélange AB circulant dans la deuxième enceinte. D'une façon générale, l'étape de séparation peut être réalisée au moins en 25 partie par apport de chaleur à relativement bas niveau thermique, en produisant une fraction vapeur enrichie en constituant A et en évacuant la chaleur de condensation et/ou d'absorption de ladite phase vapeur par échange de chaleur avec le milieu ambiant de refroidissement, eau ou air. L'étape de mélange peut être réalisée au moins en partie en prélevant de la chaleur à relativement basse température sur un fluide ambiant, eau ou air, 30 pour vaporiser la phase liquide relativement riche en constituant A et en cédant de la chaleur à un plus haut niveau de température au cours de l'absorption de la phase vapeur ainsi obtenue.

L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, en particulier une installation de stockage et de restitution d'énergie, comportant des moyens pour stocker de l'énergie provenant d'un apport externe, en permettant d'extraire un premier constituant A d'au 5 moins un mélange AB en phase liquide de ce premier constituant A avec un deuxième constituant B au moins partiellement miscible avec le premier, par thermocompression en vaporisant au moins partiellement le constituant A et en comprimant le constituant A sous phase vapeur en utilisant de l'énergie provenant de l'apport externe, en opérant l'extraction à p. r d'au moins deux mélanges À à des concentrations en B différentes 10 et/ou à. des températures différentes,. ou en opérant à partir d'un mélange AB dont la concentration du constituant B en solution reste sensiblement constante au cours de l'extraction du constituant A, ou en faisant varier le taux de compression du constituant A en phase vapeur en fonction de l'évolution de la concentration en consti ; t B dans le mélange de départ lors de l'extraction, et pour accumuler le constituant A ainsi extrait et 15 au moins un mélange enrichi en constituant B, et des moyens pour restituer de l'énergie vers un accepteur externe, en opérant une thermo-détente du constituant A ainsi accumulé, en prélevant de l'énergie liée à une détente du constituant A pour la restituer au moins partiellement à l'accepteur externe, et en diluant le constituant A après détente avec au moins un mélange enrichi en constituant B précédemment accumulé, en opérant la détente 20 et la dilution avec au moins deux mélanges enrichis en constituant B à des concentrations différentes et éventuellement à des températures différentes, ou en opérant la détente et la dilution avec un mélange dont la concentration en solution de B reste sensiblement constante lors de la dilution du constituant A, ou en faisant varier le taux de détente du constituant A en phase vapeur en fonction de l'évolution de la concentration en constituant 25 B du mélange d'arrivée lors de la dilution. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 illustre de manière schématique et partielle exemple de flux 30 de matière et d'énergie lors de la mise en oeuvre de l'invention, - la figure 2 représente un étage de séparation par thermocompression pouvant être utilisé dans une installation selon l'invention, - les figures 3 et 4 représentent des exemples de dispositifs de compression et de détente isothermes, - les figures 5 à 8 représentent schématiquement des exemples d'installations pour la mise en oeuvre de l'invention, et - la figure 9 représente schématiquement une installation permettant d'utiliser de la chaleur à bas niveau thermique. Description détaillée de l'invention Un procédé de stockage et de restitution d'énergie selon l'invention met en oeuvre des opérations de mélange en phase liquide et de séparation au moins partielle entre 10 au moins deux constituants A et B qui sont au moins partiellement miscibles entre eux. Au cours de la séparation entre les deux constituants A et B, de l'énergie est consommée, provenant d'un apport externe, et stockée. Puis, au cours du mélange, elle est restituée à un accepteur externe. L'apport externe peut provenir d'une source d'énergie, l'énergie peut être restituée à la même source. 15 Le mélange AB peut être constitué, par exemple, par une phase aqueuse contenant un sel ou un fluide organique soluble dans l'eau ou encore par un mélange de constituants organiques. Le procédé selon l'invention peut faire intervenir, comme illustré sur la figure 1, une installation comportant : 20 une enceinte (I) contenant un mélange AB, une enceinte (II) contenant un mélange A(B) enrichi en constituant A, voire contenant seulement le constituant A, une enceinte (111) contenant le mélange (A)B enrichi en constituant B, un dispositif S de mélange et de séparation à l'intérieur duquel, au cours 25 d'une étape de stockage d'énergie, le mélange initial AB est séparé en une phase A(B) riche en constituant A et une phase (A)B riche en constituant B, en prélevant une énergie mécanique W, et à l'intérieur duquel les deux phases A(B) et (A)B sont mélangées en restituant une énergie mécanique W' au cours d'une étape de déstockage, l'énergie mécanique W' ainsi restituée représentant une fraction significative de l'énergie 30 mécanique W prélevée. Au cours de l'étape de stockage de l'énergie, le mélange AB peut être envoyé par un conduit 1 dans le dispositif de séparation et de mélange S. La phase A(B) riche en constituant A est envoyée par un conduit 2 dans l'enceinte (II) et la phase (A)B riche en constituant B peut être envoyée par un conduit 3 dans l'enceinte (Ill). Au cours de l'étape de déstockage de l'énergie, la phase A(B) riche en constituant A arrivant dans le dispositif de séparation et de mélange S par le conduit 2 est 5 mélangée avec la phase (A)B riche en constituant B arrivant par le conduit 3 et le mélange résultant est évacué par le conduit 1 et stocké dans l'enceinte (I). Le procédé de stockage d'énergie mécanique et/ou électrique et de restitution d'énergie implique ainsi une étape de stockage d'énergie réalisée en séparant au moins partiellement un mélange : en phase liquide d'au moins deux constituants A et B, au 10 moins partiellement miscibles entre eux, par thermocompression, en vaporisant au moins partiellement le constituant A et en concentrant progressivement le constituant B en phase liquide, tout en ajustant conformément à l'invention la pression et/ou la température pour rester dans des conditions proches de l'équilibre, de façon à prélever de l'énergie mécanique et/ou électrique, et une étape de déstockage d'énergie, en mélangeant les 15 constituants A et B par thermo-détente, en transférant progressivement le constituant A en phase liquide et en diluant progressivement le constituant B en phase liquide, tout en ajustant la pression et/ou la température pour rester dans des conditions proches de l'équilibre de façon à restituer une part substantielle de l'énergie mécanique et/ou électrique prélevée. 20 Le mélange AB, le mélange A(B) enrichi en constituant A et le mélange (A)B enrichi en constituant B sont stockés de préférence en phase liquide dans les enceintes (1), (II) et (111). Si l'on accepte de faire varier la composition du mélange contenu dans l'enceinte (I), il est également possible, dans certaines conditions qui seront décrites par la 25 suite, de n'opérer qu'avec deux enceintes de stockage. Dans ce cas, au cours de l'étape de séparation, une fraction riche en constituant A est séparée du mélange contenu dans l'enceinte (I), en étant recueillie dans l'enceinte (H) et la teneur en constituant A du mélange contenu dans l'enceinte (I) diminue progressivement entre le début et la fin de l'étape de séparation et de stockage d'énergie. Au contraire, au cours de l'étape de 30 mélange, on prélève dans l'enceinte (II) une fraction riche en constituant A et la teneur en constituant A du mélange contenu dans l'enceinte (I) augmente progressivement entre le début et la fin de l'opération de mélange et de déstockage d'énergie. É.

La capacité de stockage dépend ch, volume des phases liquides AB, A(B) et (A)B, contenues respectivement dans les enceintes (1), (II) et (III) qui peuvent opérer à relativement basse pression. Le stockage d'une phase aqueuse à une pression relativement basse est relativement peu coûteux en investissements et en frais opératoires.

L'investissement dépend surtout du dispositif de séparation S. Il est donc conditionné principalement par la puissance mise en oeuvre au cours des phases de stockage et déstockage. Le procédé de stockage permet ainsi de réaliser des capacités de stockage qui peuvent être importantes à des coûts relativement bas et sur des durées qui peuvent être longues.

On a représenté à la figure 2 un étage de séparation et de mélange d'une installation pouvant être utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention, non représentée entièrement sur cette figure. Cet étage comporte une enceinte Si recevant un mélange AB de constituants A et B au moins partiellement miscibles entre eux. Au cours de l'étape de séparation, le mélange AB est chauffé dans l'enceinte 15 Si par un échangeur de chaleur ECX, en produisant une fraction vapeur riche en constituant A, qui est évacuée par un conduit 5 et envoyée à un dispositif de compression et de détente KT1. A l'issue de cette étape de compression, au cours de laquelle de l'énergie mécanique est fournie au dispositif depuis par exemple un réseau électrique, la fraction 20 vapeur est en général surchauffée. Pour cette raison, elle peut être mise en contact avec une phase solide ou liquide de captation de chaleur SDC, et ainsi refroidie en c.. t t au moins une partie de la chaleur de surchauffe à la phase de captation SDC. La phase de captation SDC peut être de nature très diverse. Elle peut être, par exemple, constituée par un empilement de billes métalliques. Elle peut être également 25 constituée par une phase liquide, par exemple une phase aqueuse, si l'eau est le constituant A, qui peut être p iellement vaporisée, ce qui permet d'au uu enter le débit de fraction vapeur. Elle peut comprendre également un matériau à changement de phase, qui absorbe et restitue de la chaleur à une température proche de la température à l'intérieur de l'enceinte Si. 30 Après contact avec la phase de captation SDC, la fraction vapeur est envoyée par un conduit 6 à l'échangeur de chaleur ECX, à. l'intérieur duquel elle se condense, en cédant la chaleur de condensation au mélange AB contenu en phase liquide dans l'enceinte SI. La fraction condensée A(B) riche en constituant A ainsi obtenue est évacuée par conduit 2. La fraction liquide (A)B, enrichie en constituant B présente dans l'enceinte Si peut être évacuée par un conduit 3, le conduit 1 pouvant être utilisé pour alimenter l'enceinte Si en mélange AB.

Dans l'exemple de la figure 2, le transfert en phase liquide de la fraction vapeur riche en A obtenue après compression est assuré par une simple condensation. Ceci permet de réaliser des échanges de chaleur efficaces, en utilisant des technologies connues. Au cours de l'étape de mélange et de restitution d'énergie, et en régime permanent, les flux sont inversés. La fraction condensée A(B) riche en constituant A arrive par le conduit 2, est vaporisée dans l'échangeur ECX, en générant une fraction vapeur à une pression relativement élevée. Elle est surchauffée en passant sur la phase de captation de chaleur SDC. Elle est alors détendue dans le dispositif de compression et de détente KT1, en restituant une partie significative de l'énergie mécanique consommée au cours de l'étape de séparation. La fraction vapeur ainsi obtenue à une pression relativement basse est envoyée par le conduit 5 dans l'enceinte SI, dans laquelle elle est absorbée par la phase liquide riche en constituant B contenue s . s l'enceinte SI. La chaleur dégagée par l'absorption de ladite fraction vapeur est transférée à. travers l'échangeur ECX à la fraction condensée arrivant par le conduit 2. La fraction liquide A(B) enrichie en constituant A et diluée en constituant B ainsi obtenue dans l'enceinte Si peut être évacuée par le conduit I, tandis que le conduit 3 peut être utilisé pour alimenter l'enceinte Si par la fraction liquide B(A) enrichie en B au cours de l'étape de séparation. Les différents moyens connus en génie cf. nique pour favoriser le contact entre une phase gazeuse et une phase liquide peuvent être utilisés pour favoriser le contact entre la phase vapeur détendue et la phase liquide constituée par le mélange :. Il est possible, par exemple de disperser la phase vapeur au sein de la phase liquide, en utilisant un dispositif mécanique ou statique de mélange, ou encore de disperser la phase liquide sous forme de gouttes ou de films au sein d'une phase vapeur continue. Il est possible en particulier d'utiliser des tubes d'échange horizontaux, placés au sein de la phase vapeur et arrosés par la phase liquide. Différents types de compresseurs et de turbines peuvent être utilisés pour réaliser le dispositif de compression et de détente KT1 selon la puissance mise en oeuvre dans l'installation. Les systèmes réversibles, qui peuvent être notamment du type volum * 'que, sont particulièrement bien adaptés (à piston, à vis). Il est également possible de disposer d'un compresseur et d'une turbine opérant alternativement au cours des phases de séparation et de mélange. Dans un tel cas, l'a ssion et l'évacuation de la fraction vapeur peuvent être commandées par un jeu de vannes. 11 est également possible de prévoir des dispositifs de compression et de détente étagés, en prévoyant des échanges thermiques entre les étages, afin de se rapprocher d'une compression ou d'une détente isotherme. Le constituant A peut-être de l'eau ou fluide utilisé comme réfrigérant comme par exemple de l'ammoniac, du dioxyde de carbone, un alcool léger, tel que par exemple le méthanol, un éther, tel que par exemple le i éthyléther (D U ), un hydrocarbure léger, tel que par exemple le propane, le n-butane, l'isobutane ou l'isopentane, une amine telle que par exemple la méthyl amine ou encore un composé halogéné, tel que par exemple le difluorométhane ou le tétrafluoroéthane. Le constituant A doit être au moins en partie miscible avec le constituant B. Si le fluide A est de l'eau, le constituant B peut être constitué par un solvant hydrophile tel que par exemple le triéthylène-glycol. On peut aussi envisager par exemple l'utilisation d'un d'hydrocarbure léger (butane, pentane) comme fluide A et d'un hydrocarbure plus lourd peu volatil comme fluide B. Le fluide A et le fluide B peuvent être également formés par des 20 mélanges de tels constituants. Tl est également possible d'utiliser des mélanges de constituants A et B réagissant entre eux de manière réversible. Si, par exemple, le constituant A est du dioxyde de carbone, on peut utiliser un solvant physique, tel que le méthanol, le carbonate de propylène ou la n-méthyl-2-pyrrolidone 1*), mais il est également possible 25 d'utiliser un solvant chimique tel qu'une solution d'amine dans l'eau, l'amine étant par exemple de la monoéthanolamine, ou une solution de carbonate de potassium Si le constituant A est de l'eau, le constituant B peut être un sel, notamment inorganique, qui se dissout dans l'eau. Le constituant B peut être également formé par un acide ou une base, comme par exemple l'hydroxyde de sodium ou l'hydroxyde de 30 potassium Les systèmes eau-sel sont préférés, car ils peuvent être séparés dans de bonnes conditions par vaporisation de l'eau. Le constituant B peut être un sel comme par exemple le chlorure de sodium ou le bromure de lithium ou un mélange de sels. Le bromure de lithium convient particulièrement bien. Il a été également découvert qu'il n'est pas nécessaire pour mettre en oeuvre l'invention d'utiliser des mélanges s'écartant fortement de l'idéalité en phase liquide, contrairement à ce qui est préconisé dans le brevet EP 0 072 305 Bi. D est donc possible en particulier d'utiliser des mélanges eau/sel, même si ceux-ci s'écartent peu de l'idéalité en phase liquide. Il est préférable dans un tel cas d'utiliser comme constituant A un fluide de travail polaire, présentant une enthalpie de vaporisation relativement élevée, tel que l'eau.

On peut utiliser différents sels ou mélanges de sels. Les sels choisis seront de préférence fortement solubles dans l'eau. Il existe une très grande variété de sels, compte-tenu des différents anions possibles (chlorures, bromures, sulfates, etc.) et des différents cations possibles (sodium, potassium, lithium, etc.). De préférence, le sel utilisé est non toxique. Les sels sont choisis de façon d'une part à présenter une forte dissolution dans l'eau en fraction massique et d'autre part une masse molaire relativement faible, de façon à pouvoir obtenir des fractions molaires élevées de sel en solution dans l'eau. Les sels minéraux sont préférables de ce point de vue aux sels organiques. Le bromure de lithium est un exemple de sel pouvant être employé, mais d'autres sels peuvent être utilisés tels que par exemple le bromure de potassium, le chlorure de sodium, 20 le chlorure de potassium ou le sulfate de magnésium. Le constituant B peut être aussi constitué par un liquide ionique. Un liquide ionique est l'équivalent d'un sel, se décomposant en anions et en cations, lorsqu'il est en solution dans l'eau, mais il est liquide à la température de la concentration, ce qui permet d'opérer à une concentration élevée, sans risquer de précipiter une phase solide. LE existe à 25 présent de très nombreux liquides ioniques recensés (un millier) et même commercialisés pour des applications variées (une centaine). Les cations et les anions 'sont choisis en fonction de leurs propriétés hydrophiles. Les cations sont de préférence des cations à es courtes. On peut utiliser notamment des cations centrés sur l'azote t= a .. ylammonium, alkylpyi 'um, alkylimidazolium), le phosphore (phosphonium) ou 30 le soufre (sulfonium). Les anions peuvent comprendre des ions halogénures, acétate, trifluoroacétate, triflate, bistrifilimide, alkylsulfate, sulfonate, 'tetrafluoroborate, hexafluorophosphate, etc...

Au cours d'une compression ou d'une détente dans des conditions proches de conditions isentropiques, la phase vapeur s'écarte en général des conditions de saturation. Le procédé selon l'invention peut n'impliquer que des taux de compression relativement modérés, de l'ordre de 3 à 4 de préférence.

Dans l'exemple de la figure 2, on récupère, stocke et retransmet au constituant A avant détente la chaleur sensible de surchauffe. C'est le rôle de la phase de captation SDC, qui permet de stocker de la chaleur selon un profil de température proche de celui qui est suivi par la phase vapeur au cours de sa surchauffe par compression. Une autre possibilité consiste à opérer la compression et la détente en plusieurs 10 étapes, en se rapprochant des conditions d'une compression et d'une détente isothermes, par des échanges internes. On peut également utiliser un dispositif isotherme de compression et de détente fonctionnant avec un piston liquide, le dispositif étant placé dans une enceinte thermostatée, selon le schéma de principe de la figure 3. 15 La fraction vapeur riche en constituant A, lorsqu'elle est détendue, est envoyée par le conduit 5 dans un réservoir Bi, dans lequel elle se détend en poussant un fluide hydraulique (eau ou huile) qui est évacué par le conduit 8 et entraîne une pompe - turbine TC, en fournissant de l'énergie mécanique. Dans le réservoir B2, la fraction vapeur A est détendue et évacuée à basse 20 pression par le conduit 6. Le fluide hydraulique qui arrive par le conduit 9 est envoyé dans le réservoir B2, dans lequel il sert à évacuer la fraction vapeur détendue. L' - 'ssion de la fraction vapeur, à relativement haute pression, dans le réservoir Bi est contrôlée par la vanne Vi et l'évacuation de la fraction vapeur à relativement basse pression contenue dans le réservoir B2 est contrôlée par la vanne V2. 25 Les arrivées et sorties des réservoirs Bi et B2 sont périodiquement commutées, de façon à pouvoir assurer une détente continue du fluide A. La compression de la fraction vapeur riche en constituant A peut être assurée, en opérant selon le processus opposé. Les réservoirs Bi et B2 sont placés dans une enceinte EC, dans laquelle est 30 maintenue une température sensiblement constante, grâce à la présence d'un liquide et/ou d'un solide calorifiques. Dans ces conditions, la compression et la détente de la fraction vapeur s'effectuent dans des conditions sensiblement isothermes. La chaleur cédée au liquide et/ou solide calorifiques au cours de l'étape de compression de la fraction vapeur est restituée à la fraction vapeur au cours de l'étape de détente. Lorsque le réservoir BI est vidé de liquide, le réservoir B2 étant de liquide, les entrées et sorties de chacun des réservoirs B1 et B2 sont commutées. Chaque 5 phase étant effectuée pendant un temps T, par exemple 10 mn, la période d'un cycle complet est de 2T. de pouvoir commuter les réservoirs BI et B2 et opérer le dispositif en continu, il est possible de disposer d'un jeu de vannes, tel que par exemple celui qui est schématisé sur la figure 4. 10 Dans la disposition schématisée sur cette figure, deux vannes à deux voies sont placées à chaque extrémité de chacun des deux réservoirs B1 et B2. En tête, le réservoir BI est connecté à deux conduites équipées chacune d'une vanne à deux voies, la vanne V1B assurant la connexion avec la conduite 5 reliée à la pression basse, la vanne V1H assurant la connexion avec la conduite 6 reliée à la pression 15 haute. En fond, le réservoir BI est relié soit par l'intermédiaire de la vanne VIE avec l'entrée de la pompe TC, soit par l'intermédiaire de la vanne VIS avec la sortie de la pompe TC. En tête, le réservoir B2 est également connecté à deux conduites équipées 20 chacune d'une vanne deux voies. La vanne V2B assure la connexion avec la conduite 5 reliée à la pression basse, tandis que la vanne V2H assure la connexion avec la conduite 6 reliée à la pression haute. En fond, le réservoir V2 est relié soit par l'intermédiaire de la vanne V2E avec l'entrée de la pompe TC soit par l'intermédiaire de la vanne V2S avec la sortie de la 25 pompe TC. Alors que la vanne V2B reste ouverte pendant la durée T, ou fermée pendant la même durée au cours de la phase suivante après commutation de V1 et de V2, la vanne V1H reste ouverte pendant un temps proche de T/r, puis fermée pendant le temps T (1 - 1/r). Le facteur r, proche du facteur de compression est déterminé de façon à ce que la 30 quantité de phase vapeur contenue dans le réservoir B2 à la pression relativement haute soit la même que celle qui est admise dans le réservoir Bi à la pression relativement basse.

En revenant à la fi. e 2, la surface d'échange de l'échangeur ECX peut être réalisée en iilisr.t différentes géométries de tubes ou de plaques, pour réaliser un échange de chaleur indirect. Dans le cas de tubes, ceux-ci peuvent être droits ou enroulés en hélice. Le faisceau de tubes est de préférence directement en contact dans la solution 5 contenue dans l'enceinte correspondante. Une disposition p. iculièrement bien adaptée aux modes de transfert de chaleur et de matière mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention, consiste à utiliser des tubes d'échange horizontaux, placés au sein de la phase vapeur et arrosés par la phase liquide. Dans le cas de plaques, celles-ci peuvent être agencées pour réaliser des compartiments plans ou enroulées en spirale. Différents types 10 de revêtements susceptibles de pouvoir promouvoir la vaporisation ou la condensation peuvent être utilisés, tels que revêtements poreux ou surfaces rainurées. L'écart de température au cours des opérations d'échange de chaleur, soit au cours de l'étape de séparation, soit au cours de l'étape de mélange, est de préférence de quelques degrés, par exemple de 5°C et de préférence inférieur à 10°C. 15 La température de la solution contenue dans l'enceinte S1 dépend des fluides utilisés. Selon la nature de ces fluides, elle peut varier largement. Elle peut être proche de la température ambiante, atteindre quelques centaines de degrés Celsius, ou même être négative. La pression au sein de l'enceinte 81 peut également varier largement, selon la 20 nature des fluides utilisés. Elle peut être, par exemple, proche de la pression atmosphérique, inférieure à la pression atmosphérique ou atteindre quelques dizaines de bars. Les matériaux utilisés pour réaliser les enceintes de stockage peuvent être de nature diverse, par exemple en acier, en béton ou en matériau polymère. L'utilisation de 25 matériaux polymères est particulièrement appropriée si les mélanges utilisés sont corrosifs, ce qui peut être le cas notamment lorsque le mélange utilisé est formé par de l'eau et un sel. II est également possible d'utiliser des matériaux métalliques revêtus d'un film de polymère, ou des matériaux composites. Les enceintes de stockage peuvent aussi être enfouies dans le sol. 30 Au cours de l'opération de séparation et de stockage d'énergie ainsi qu'au cours de l'opération de mélange et de déstockage d'énergie, la concentration en constituant B dans le mélange AB en phase liquide varie, ce 11 est un facteur important d'irréversibilité, si l'on opère avec un seul étage supposé parfaitement mélangé, à niveau de concentration fixé et à une température donnée. En effet, dans un tel cas, au cours de l'opération de séparation, il faut comprimer la fraction vapeur générée à partir d'un niveau de pression relativement bas, correspondant à la concentration en constituant B la plus élevée, ce qui correspond à une consommation maximale d'énergie mécanique. Au contraire, au cours de l'étape de mélange, il faut détendre la phase vapeur jusqu'à un niveau de pression relativement haut, correspondant à la concentration en constituant B la plus élevée, ce qui correspond à une restitution minimale d'énergie mécanique. Il en résulte une perte importante dans le rendement global de l'énergie restituée par rapport à l'énergie fournie. L'invention offre des moyens permettant d'opérer dans des conditions proches de l'équilibre et de réaliser un fonctionnement proche de la réversibilité thermodynamique. Pour assurer de telles conditions proches de la réversibilité thermodynamique, 15 on peut opérer selon un premier exemple de mise en oeuvre de l'invention, avec une série d'au moins deux étages, comme cela est illustré par le schéma de la figure 5. Le taux de compression (ou de détente) est alors différent selon les étages. Il est plus élevé dans les étages dans lesquels la teneur de la solution en constituant B est la plus forte. Si les différents étages opèrent à une température sensiblement constante, cela signifie qu'au 20 cours de l'étape de stockage d'énergie, la phase vapeur est comprimée jusqu'à une pression relativement haute qui reste sensiblement constante, du fait que la température de condensation est également constante. La pression relativement basse diminue progressivement lorsque la teneur en constituant B augmente, ce qui correspond à un accroissement du taux de compression. Inversement, au cours de l'étape de déstockage 25 d'énergie, le taux de détente diminue progressivement, lorsque la teneur en constituant B diminue. Si, par contre, la pression basse reste sensiblernf--nt constante, cela signifie que la température à laquelle opèrent les étages successifs est de plus en plus élevée, au fur et à mesure que la teneur en constituant B augmente. Il est alors nécessaire, au cours de l'étape 30 de stockage d'énergie, de comprimer la fraction vapeur générée jusqu'à un niveau de pression de plus en plus en plus élevé, pour pouvoir condenser la fraction vapeur à une température supérieure. Inversement, au cours de l'étape de déstockage d'énergie, le taux de détente diminue progressivement, lorsque la teneur en constituant B diminue. Dans tous les cas, on peut prévoir une série d'étages de compression / détente pour pouvoir réaliser taux de compression croissant. La réversibilité thermodynamique de l'opération est d'autant meilleure que le 5 nombre d'étages est élevé, car l'on peut minimiser en régime permanent l'écart de concentration en B entre l'arrivée en mélange AB devant faire l'objet de la séparation et la sortie en mélange appauvri en A après séparation, et de même, lors de la restitution d'énergie. Dans l'installation selon l'invention, à plusieurs étages, représentée à la figure 10 5, au cours de l'étape de séparation le mélange : arrive par un conduit 1, passe dans l'échangeur EC1, d'où il ressort par un conduit 4 pour être envoyé dans une première enceinte Si. Dans l'enceinte SI, le mélange AB en phase liquide est chauffé, en générant une fraction vapeur du constituant A qui est comprimée dans un premier dispositif de compression et de détente KT1, d'où elle ressort par un conduit 8, tandis que la solution 15 appauvrie en constituant A et enrichie en constituant B est évacuée par un conduit 7, puis, après passage à travers l'échangeur EC2, est envoyée par le conduit 8 dans une deuxième enceinte S2. Dans l'enceinte S2, la solution est chauffée à nouveau en générant une deuxième fraction vapeur qui est comprimée un deuxième dispositif de compression et de détente KT2, d'où elle ressort par un conduit 10. Elle est alors condensée en 20 chauffant la solution contenue dans l'enceinte S2, la phase condensée étant évacuée par un conduit 11, après être passée dans l'échangeur EC2. De la même façon, la fraction vapeur sortant du dispositif de compression et de détente KT1 est condensée, en chauffant la solution contenue dans l'enceinte Si. La phase condensée est évacuée par le conduit 2 après passage dans l'échangeur EC1. La solution appauvrie en constituant A obtenue à la 25 sortie de l'enceinte S2 est évacuée par le conduit 13, passe dans l'échangeur EC2, d'où elle ressort par le conduit 14 puis dans l'échangeur EC1, qu'elle quitte par le conduit 3. Au cours de l'étape de mélange et de restitution d'énergie, les différents flux sont inversés, en régime permanent. Les deux fractions liquides, précédemment accumulées et stockées, respectivement relativement riche et relativement pauvre en 30 constituant A, arrivent par les conduits 2 et 3, tandis que le mélange résultant est évacué par le conduit 1. Les fractions vapeurs obtenues par vaporisation de la fraction liquide riche en constituant A sont détendues respectivement dans les dispositifs de compression et de détente KT1 et KT2. Pour simplifier la représentation, deux étages seulement ont été représentés sur la figure 5, mais, en pratique, le nombre d'étages est en général plus élevé. Il est de 5 préférence supérieur à 3 ou 4 étages. Un deuxième exemple de mise en oeuvre de l'invention, permettant d'assurer des conditions proches de la réversibilité thermodynamique, et évitant de multiplier les équipements, consiste à faire varier progressivement au cours du temps la teneur en constituant B dans le mélange AB en phase liquide, au cours de l'étape de séparation, ainsi 10 qu'au cours de l'étape de mélange, en opérant avec une installation telle que schématisée sur la figure 6. Dans cet exemple, l'enceinte Si joue le rôle de l'enceinte (I) de la figure 1 au début de l'étape de séparation, tandis que l'enceinte S2 joue le rôle de l'enceinte (H) de la figure 1. 15 A la fin de l'étape de séparation, la solution contenue dans l'enceinte S1 est concentrée et au déE de l'opération de mélange, l'enceinte SI joue le rôle de l'enceinte (III) de la figure 1. Dans l'exemple de la figure 6, au cours de l'étape de séparation, la vapeur qui est générée dans l'enceinte Si à une pression relativement basse est évacuée par le conduit 20 5, est comprimée dans le dispositif de compression et de détente KT1, d'où elle est évacuée à une pression relativement haute par le conduit 6. Elle est alors condensée en échangeant de la chaleur à travers la surface d'échange ECX et envoyée par le conduit 2 dans l'enceinte S2. Au cours de l'étape de mélange, la phase condensée est vaporisée par échange 25 de chaleur à travers la surface d'échange ECX, en générant une phase vapeur à une pression relativement élevée qui est envoyée par le conduit 6 au dispositif de compression et de détente KT1, d'où elle est évacuée à une pression relativement basse, puis absorbée dans la solution se trouvant dans l'enceinte Si, en échangeant de la chaleur à travers la surface d'enceinte ECX. Le taux de compression est variable, fonction de la concentration 30 en B dans le mélange AB contenu dans l'enceinte Si. Cette option permet d'opérer avec uniquement deux enceintes, à savoir une enceinte (I) contenant la solution de B dans A et une enceinte (II) contenant la fraction condensée riche en constituant A La concentration cB en constituant B dans la solution augmente progressivement au cours de l'étape de séparation, en passant d'une valeur ci à une valeur cf et diminue progressivement de la valeur cf à la valeur ci au cours de l'étape de mélange.

Si la pression est maintenue constante dans l'enceinte 52, la température de condensation et de vaporisation de la phase liquide est constante, s'il s'agit d'un corps pur tel que l'eau. Dans ce cas, la température à l'intérieur de l'enceinte Si est également sensiblement constante et la pression à l'intérieur de l'enceinte S1 varie en diminuant progressivement lorsque la phase liquide contenue dans l'enceinte S1 s'enrichit en constituant B et augmente progressivement lorsque la phase liquide contenue dans l'enceinte Si s'appauvrit progressivement. Lorsque le mélange AB est formé d'une solution de sel dans l'eau, pour pouvoir au ms enter la capacité de stockage, il est souhaitable au cours de l'étape de séparation, de séparer la solution de départ en une phase aqueuse relativement pure et une 15 phase aqueuse fortement concentrée en sel. On peut atteindre ainsi dans la phase concentrée en sel des teneurs en sel de l'ordre de 40 à 60% en poids, qui sont très supérieures aux teneurs en sels de l'eau de mer, qui sont de l'ordre de 35 g par litre pour les masses océaniques. Exemple numérique 1 20 On considère la disposition représentée sur la figure 6. Le mélange AB est formé d'eau (constituant A) et de bromure de lithium (constituant B). Au cours de l'étape de séparation, on vaporise de l'eau à une température de 120°C et à une pression d'environ 0,3 bar. La teneur en bromure de lithium de la solution contenue dans l'enceinte S1 varie progressivement entre 45 et 60% en poids. La pression de la vapeur en équilibre varie 25 entre 0,9 bar lorsque la solution est à 45% et 0,3 bar lorsque la solution est à 60% de bromure de lithium. Pour 1 kg d'eau en solution (1,67 kg de solution), on produit 0,334 kg d'eau en phase vapeur. La vapeur d'eau générée doit être comprimée jusqu'à une pression de 2,3 bars pour être condensée à 125°C environ. Par kg de vapeur, on consomme en moyenne dans ce cas de figure environ 268 kJ en compression isotherme. Pour 1 kg d'eau 30 en solution au départ, on peut donc stocker 90 kJ, soit encore 25 kWh par m3 d'eau stockée (ou 25 Wh par litre).

En phase de déstockage de l'énergie, l'eau a été séparée peut être vaporisée à nouveau à une température de 115°C. Par kg d'eau, on récupère dans ce cas 203 kJ en détente isotherme. Dans le cas de la disposition schématisée sur la figure 6, l'évolution 5 progressive de la composition du mélange AB au cours du processus de séparation et du processus de mélange entraîne une évolution du taux, de compression. Pour éviter une telle variation de pression et opérer constamment dans' les meilleures conditions, c'est-à-dire en échangeant la puissance maximale, une autre option consiste à opérer constamment dans des conditions de saturation. 10 Dans le cas d'une solution saturée, l'évolution de la concentration en B dans le mélange AB ne modifie pas la composition de la solution si la température reste constante, et se traduit simplement par une variation de constituant B présent en phase solide dans le mélange. Dans le cas d'une phase aqueuse formée d'eau comme constituant A et d'un sel comme constituant B, on peut ainsi opérer selon la disposition schématisée sur la figure 7, 15 correspondant à un troisième exemple de mise en oeuvre de l'invention. La solution contenue dans l'enceinte S1 est constamment saturée, ce qui est obtenu en maintenant constamment en suspension des cristaux de sel. Cette suspension est agitée mécaniquement pour maintenir le sel sous forme de petites particules solides et éviter la formation de dépôts solides. Cette agitation mécanique peut être obtenue par les 20 différents moyens connus, que ce soit l'utilisation d'un rotor ou d'une recirculation mécanique. La recirculation peut être aussi provoquée par la génération de phase vapeur, entraînant des mouvements de convection. Il est également possible de favoriser le maintien en suspension de la phase solide en utilisant des additifs antia- .lomérants et / ou tensioactifs. Dans certains cas, par exemple si le constituant B est formé par un liquide 25 ionique ou un composé chimique liquide à la température à l'intérieur de l'enceinte SI, la phase en suspension peut être liquide et non solide. La phase vapeur à relativement basse pression générée au cours de l'étape de séparation est évacuée par le conduit 1, puis comprimée dans le dispositif de compression et de détente KT1. La phase vapeur à relativement haute pression ainsi obtenue est 30 évacuée par le conduit 2 et condensée par échange de chaleur à travers la surface d'échange ECX. La phase condensée ainsi obtenue est évacuée par le conduit 3 et stockée dans deuxième enceinte S2. Au cours de l'étape de mélange, la phase condensée arrivant par le conduit 3 est vaporisée à relativement haute pression en passant à travers la surface d'échange ECX, puis détendue dans le dispositif de compression et de détente KT1 et envoyée par le conduit 1 vers l'enceinte Si, dans laquelle elle est mise en contact avec la phase liquide saturée en constituant B.

Dans l'exemple de réalisation schématisé sur la figure 7, les enceintes Si et 52 sont de préférence concentriques. Ceci présente l'avantage de diminuer l'encombrement global du dispositif, de diminuer les longueurs de raccordement et de limiter les déperditions thermiques. L'enceinte S1 opère à relativement basse pression et peut être réalisée à l'aide d'un matériau ne craignant pas la corrosion métallique, comme par exemple un matériau polymère. La surface d'échange doit être réalisée dans un matériau ne craignant pas la corrosion ou peut être revêtue d'un revêtement protecteur, par exemple en matériau polymère. Exemple numérique 2 On se place dans la configuration décrite par le schéma de la figure 7. La solution contenue dans l'enceinte S1 est une solution saturée à 78% en poids de LiBr. La température de la solution est de 100°C. Au cours de l'étape de séparation, la vapeur d'eau générée par chauffage est à une pression de 0,053 bar et elle est comprimée de manière isotherme à 105°C jusqu'à une pression de 1,2 bar. Le travail de compression isotherme à 105°C est de 4671d/kg d'eau vaporisée puis condensée. Au cours de l'étape de mélange, l'eau condensée est vaporisée à 95°C et on récupère par détente isotherme un travail d'environ 403 Id par kg d'eau. Au cours de l'étape de séparation et de stockage d'énergie, plutôt que d'assurer par simple condensation le transfert en phase liquide de la fraction vapeur riche en A après 25 compression, on peut l'absorber en présence d'une phase liquide relativement riche en A. Pour opérer dans des conditions proches de la réversibilité, il est souhaitable, au cours de l'étape de séparation de concentrer progressivement en constituant B le mélange et au cours de l'étape de mélange de le diluer progressivement en constituant B. Dans cc cas, la possibilité de transférer en phase liquide la phase vapeur riche en 30 constituant A en présence d'une solution présente l'avantage de permettre le maintien d'un taux de compression constant tout au cours de l'étape de concentration en constituant B et d'un taux de détente constant, tout au cours de l'étape de dilution en B.

Un tel mode de mise en oeuvre de l'invention est illustré sur la figure 8. Le mélange AB est envoyé en partie dans l'enceinte Si, opérant à relativement basse pression, par un conduit 21 et en partie dans l'enceinte S2, opérant à relativement haute pression, par un conduit 23.

Dans l'enceinte Si, le mélange se concentre progressivement en constituant B dans les étages successifs que comporte l'enceinte Si et qui évitent le mélange de la phase liquide. Cette opération s'effectue dans des conditions sensiblement isobares et à une température croissante. Par exemple, dans le cas d'une solution de bromure de lithium, se trouvant à une pression de 90 mm Hg, la concentration en bromure de lithium peut varier de 60% en poids à une température de 80°C à une concentration en bromure de lithium de 71% en poids à une température de 105°C. La phase vapeur riche en A qui est obtenue à une pression relativement basse en chauffant le mélange contenu dans l'enceinte Si est comprimée dans le dispositif de compression et de détente KT1, en prélevant de l'énergie mécanique. La phase vapeur sortant du dispositif KT1 à une pression relativement élevée est absorbée par la phase liquide contenue dans l'enceinte S2, qui arrive par le conduit 23. En circulant dans les étages successifs de l'enceinte S2, la solution est progressivement diluée en consti t B, sa température évoluant par exemple de 110°C à 85°C. La chaleur d'absorption sert à générer la phase vapeur dans l'enceinte Si. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 8, l'échange de chaleur est 20 réalisé par un ensemble de boucles de recirculation. Dans chaque étage, la solution circule au moyen d'une pompe de recirculation PR dans un circuit d'échange qui permet de chauffer la solution contenue dans l'enceinte S2 au moyen de la surface d'échange ECX. Au cours de l'étape de mélange et de déstockage d'énergie, les différents flux sont inversés. Une phase vapeur relativement riche en A est générée dans l'enceinte S2 à 25 une pression relativement élevée, puis détendue dans le dispositif KT1, en libérant de l'énergie mécanique et à l'issue de cette détente est absorbée par la phase liquide contenue dans l'enceinte Sl. Le procédé selon l'invention peut se caractériser dans ce cas en ce que l'étape de séparation et de stockage de l'énergie est réalisée en chauffant un mélange :, de façon 30 à concentrer progressivement la solution en constituant B circulant dans une enceinte Si comportant une série d'étages, en générant une fraction vapeur riche en A à une pression relativement basse, à comprimer ladite fraction vapeur en prélevant de l'énergie mécanique, puis à absorber progressivement ladite fraction vapeur dans mélange circulant dans une enceinte S2 comportant une série d'étages, dans une direction globalement opposée à la direction dans laquelle le mélange AB circule dans l'enceinte Si, en fournissant de la chaleur à la solution de A dans B et en stockant la phase liquide riche en A ainsi que la phase liquide riche en B ainsi obtenues et en ce que l'étape de mélange et de déstockage d'énergie est réalisée en générant une fraction vapeur riche en constituant A à partir du mélange AB circulant dans l'enceinte S2 à une pression relativement élevée, à détendre la phase vapeur ainsi obtenue en fournissant de l'énergie mécanique puis à absorber progressivement la phase vapeur ainsi obtenue à relativement basse pression dans la solution circulant dans l'enceinte SI, en fournissant de la chaleur, utilisée au moins en partie pour générer la fraction vapeur riche en constituant A à partir mélange AB circulant dans l'enceinte S2. Une telle disposition peut être p. 'culièrement appropriée, lorsque la température critique du fluide A est relativement basse, par exemple si le fluide A est du dioxyde de carbone, dont la température critique est de 31,3°C. Elle peut être également avantageuse si la chaleur de mélange entre le constituant A et le constituant B est élevée. Dans certains cas, il peut être avantageux d'opérer une partie de la séparation en utilisant de la chaleur à bas niveau thermique et/ou d'utiliser une partie l'énergie stockée, pour générer de la chaleur, en prélevant de la chaleur sur une source ambiante.

20 Pour y parvenir, on peut opérer par exemple selon la disposition schématisée sur la figure 9.Au cours de l'étape de séparation, un échangeur EX10 peut assurer le chauffage de la solution contenue dans une enceinte S010. Cet échangeur peut être déconnecté par un jeu de vannes (non représentées) du dispositif de compression et de détente KT1 et relié à un caloporteur arrivant par un conduit 30 et repartant par un conduit 31, qui permet de 25 transférer de la chaleur à partir d'une source à bas niveau thermique, provenant par exemple d'un rejet de chaleur, ou encore par exemple d'un capteur thermique plan. La fraction vapeur est évacuée par le conduit 20 et condensée dans l'échangeur EC10, par échange de chaleur avec un fluide ambiant de refroidissement disponible, par exemple de l'eau de nappe phréatique, arrivant dans l'échangeur EC10 par un conduit 22 et ressortant 30 de l'échangeur EC 1 0 par un conduit 23. La fraction condensée est alors stockée. Une telle disposition peut être particulièrement intéressante pour stocker de l'énergie solaire captée avec un capteur solaire thermique, en ayant la possibilité de restituer de l'énergie, au moment d'une pointe de demande. Le procédé selon l'invention peut se caractériser dans ce cas en ce que la séparation entre le constituant A et la solution de B dans A est réalisée au moins en partie par apport de chaleur à relativement bas niveau thermique, en produisant une fraction vapeur enrichie en constituant A et en évacuant la chaleur de condensation et/ou d'absorption de la dite phase vapeur par échange de chaleur avec le milieu ambiant de refroidissement, eau ou air. Au cours de l'étape de mélange, il est également possible de déconnecter le 10 dispositif de compression et de détente. On peut alors opérer selon le mode de fonctionnement schématisé sur la figure 9, les flux étant inversés. La phase condensée arrivant par le conduit 21 est alors vaporisée par échange de chaleur avec le fluide ambiant à relativement bas niveau thermique. La phase vapeur résultante est évacuée par le conduit 20 et absorbée par la solution contenue dans l'enceinte SO10, en cédant de la chaleur à 15 plus haut niveau thermique au fluide caloporteur arrivant par le conduit 30 et rep. t par le conduit 31. Le procédé selon l'invention peut se caractériser dans ce cas en ce que le mélange entre le constituant A et la solution de A dans B est réalisé au moins en p prélevant de la chaleur à relativement basse température sur un fluide ambiant, eau ou air, 20 pour vaporiser la phase liquide relativement riche en constituant A et en cédant de la chaleur à un plus haut niveau de température au cours de l'absorption de la phase vapeur ainsi obtenue. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples illustrés. En particulier, on peut combiner entre elles des particularités de réalisation des exemples 25 illustrées au sein de variantes non représentées. L'expression « comportant un » doit se comprendre comme étant synonyme de « comprenant au moins un », sauf spécifications contraires. .1 e en

Claims (23)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de stockage et de restitution d'énergie, dans lequel : pour stocker de l'énergie provenant d'un apport externe : on extrait un premier constituant A d'au moins un mélange AB en phase 5 liquide de ce premier. constituant A avec un deuxième constituant B au moins partiellement miscible avec le premier, par thermocompression en vaporisant au moins partiellement le constituant A et en comprimant le constituant A sous phase vapeur en utilisant de l'énergie provenant de l'apport externe, en opérant l'extraction à partir d'au moins deux mélanges AB à des concentrations en B différentes, ou en opérant à partir 10 d'un mélange dont la concentration du constituant B en solution reste sensiblement constante au cours de l'extraction du constituant A, ou en faisant varier le taux de compression du constituant A en phase vapeur en fonction de l'évolution de la concentration en constituant B dans le mélange de départ lors de l'extraction, et - l'on accumule le constituant A ainsi extrait et au moins mélange 15 enrichi en constituant B, et - pour restituer de l'énergie vers un accepteur externe : on opère une thermo-détente du constituant A ainsi accumulé, en prélevant de l'énergie liée à une détente du constituant A pour la restituer au moins partiellement à l'accepteur externe, et en diluant le constituant A après détente avec au 20 moins un mélange enrichi en constituant B précédemment accumulé, en opérant la détente et la dilution avec au moins deux mélanges enrichis en constituant B à des concentrations différentes, ou en opérant la détente et la dilution avec un mélange dont la concentration en solution de B reste sensiblement constante lors de la dilution du constituant A, ou en faisant varier le taux de détente du constituant A en phase vapeur en fonction de 25 l'évolution de la concentration en constituant B du mélange d'anivée lors de la dilution.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel pour le stockage d'énergie on opère l'extraction à partir d'au moins deux mélanges AB à des concentrations en B différentes et éventuellement à des températures différentes.
3. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel pour le stockage d'énergie 30 on opère à p. 'r d'un mélange AB dont la concentration du constituant B en solution reste sensiblement constante au cours de l'extraction du constituant A.
4. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel pour stocker de l'énergie on fait varier le taux de compression du constituant A en phase vapeur en fonction de l'évolution de la concentration en constituant B dans le mélange de départ lors de l'extraction.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel pour restituer de l'énergie on opère la détente et la dilution avec au moins deux mélanges enrichis en constituant B à des concentrations différentes.
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel pour restituer de l'énergie on opère la détente et la dilution avec un mélange dont la 10 concentration en solution de B reste sensiblement constante lors de la dilution du constituant A.
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications J à 4, dans lequel pour restituer de l'énergie on fait varier le taux de détente du constituant A en phase vapeur en fonction de l'évolution de la concentration en constituant B du mélange d'arrivée lors de 15 la dilution.
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le constituant A et le mélange enrichi en constituant B accumulés lors du stockage de l'énergie étant stockés en phase liquide, de préférence à une pression inférieure ou égale à 5 bars, mieux inférieure ou égale à 3 bars. 20
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, lors du stockage d'énergie, le constituant A en phase vapeur étant après compression condensé en fournissant de la chaleur au mélange des constituants A et B.
10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lors de la restitution d'énergie, le constituant A en phase vapeur est, après détente, 25 absorbé dans le mélange des constituants A et B, et fournit de la chaleur, utilisée de préférence au moins en partie pour vaporiser une fraction de la phase condensée.
11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, le constituant A étant de l'eau et le constituant B un sel ou un mélange de sels, ou encore liquide ionique. 30
12. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, le constituant A étant dioxyde de carbone, de l'ammoniac ou de l'eau, et le constituant B étant un solvant physique ou chimique du constituant A, en phase aqueuse ou organique.
13. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, la phase vapeur à relativement haute pression du constituant A obtenue après compression au cours de la phase de séparation et de stockage d'énergie étant désurchauffée en cédant au moins en partie la chaleur de désurchauffe à une phase solide ou liquide de captation (SDC), et la phase vapeur à relativement basse pression du constituant A obtenue par vaporisation d'une fraction de phase condensée au cours de l'étape de mélange et de restitution d'énergie étant surchauffée par échange avec la phase solide ou liquide de captation, avant d'être détendue.
14. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, I s lequel au cours de phase de séparation, la compression du constituant A en phase vapeur à relativement basse pression est réalisée en recueillant ladite phase vapeur dans un réservoir (B1), à l'intérieur de laquelle elle est en contact avec une phase liquide, puis en pompant la phase liquide de façon à comprimer la phase vapeur à l'intérieur dudit réservoir, en prélevant de l'énergie mécanique par l'intermédiaire de la pompe.
15. 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel au cours de la phase de mélange lors de la restitution d'énergie, le constituant A en phase vapeur à relativement haute pression est détendu, en recueillant la phase vapeur à l'intérieur dudit réservoir, puis en détendant la phase vapeur à l'intérieur dudit réservoir, en recueillant de l'énergie mécanique par l'intermédiaire de la pompe.
16. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, la compression et la détente de la phase vapeur du constituant A, respectivement au cours des phases de compression et de détente, étant réalisées au moyen de deux réservoirs recueillant la phase vapeur alternativement dans chacun desdits réservoirs, l'admission et l'évacuation de la phase vapeur étant opérées par un jeu de vannes, les deux réservoirs 25 étant placés dans une enceinte contenant une phase solide ou liquide, permettant de capter la chaleur libérée par la phase vapeur au cours du processus de compression et de la restituer à la phase vapeur au cours du processus de détente, de façon à opérer la compression et la détente de façon sensiblement isotherme.
17. 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, les étapes 30 de séparation et de mélange des constituants A et B étant opérées à l'aide plusieurs étages montés en série, à l'intérieur desquels la teneur en constituant B du mélange AB en phase liquide évolue progressivement entre une teneur b1 en B à l'entrée du premier étage et uneteneur ID, en B à la sortie du dernier étage, les conditions de pression et de température étant ajustées de façon à rester proche de l'équilibre à l'intérieur de chacun des étages.
18. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, la solution de B dans A étant stockée dans une première enceinte, à l'intérieur de laquelle la teneur en 5 constituant A évolue progressivement au cours de l'étape de séparation lors du stockage d'énergie et au cours de l'étape de mélange lors de la restitution d'énergie, la phase riche en constituant A recueillie au cours de l'étape de séparation étant stockée dans une deuxième enceinte, d'où elle est prélevée pour être vaporisée au cours de l'étape de mélange, 10
19. 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 17, le mélange des constituants A et B formant une phase liquide comprenant en suspension une partie du constituant B en phase solide et/ou liquide, de façon à maintenir la solution en phase liquide constamment saturée en constituant B au cours des étapes de séparation lors du stockage d'énergie et de mélange lors de la restitution d'énergie. 15
20. 20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, l'étape de séparation et de stockage d'énergie étant réalisée en chauffant un mélange AB en phase liquide, de façon à concentrer progressivement la phase liquide formée par le mélange AB en constituant B, en la faisant circuler dans une première enceinte comportant une série d'étages, en générant une fraction vapeur riche en constituant A à une pression 20 relativement basse, à comprimer ladite fraction vapeur en prélevant de l'énergie mécanique, puis à absorber progressivement ladite fraction vapeur dans un mélange AB, circulant dans une deuxième enceinte comportant une série d'étages, dans une direction globalement opposée à la direction dans laquelle le mélange AB circule dans la première enceinte, en fournissant de la chaleur à la solution de A dans B et en stockant la phase 25 liquide riche en A ainsi que la phase liquide riche en B ainsi obtenues et l'étape de mélange et de restitution d'énergie étant réalisée en générant une fraction vapeur riche en constituant A à partir du mélange AB circulant dans la deuxième enceinte à une pression relativement élevée, à détendre la phase vapeur ainsi obtenue en fournissant de l'énergie mécanique puis à absorber progressivement la phase vapeur ainsi obtenue à relativement 30 basse pression dans la solution circulant dans la première enceinte (S I ), en fournissant de la chaleur, utilisée au moins en partie pour générer la fraction vapeur riche en constituant A à partir du mélange AB circulant dans la deuxième enceinte (S2).
21. 21. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'étape de séparation étant réalisée au moins en partie par apport de chaleur à relativement bas niveau thermique, en produisant une fraction vapeur enrichie en constituant A et en évacuant la chaleur de condensation et/ou d'absorption de la dite phase vapeur par échange de chaleur avec le milieu ambiant de refroidissement, eau ou air.
22. 22. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'étape de mélange étant réalisée au moins en partie en prélevant de la chaleur à relativement basse température sur un fluide ambiant, eau ou air, pour vaporiser la phase liquide relativement riche en constituant A et en cédant de la chaleur à un plus haut niveau de température au cours de l'absorption de la phase vapeur ainsi obtenue.
23. 23. Installation (S, I, II, III) de stockage et de restitution d'énergie, comportant des moyens pour stocker de l'énergie provenant d'un apport externe, en permettant d'extraire un premier constituant A d'au moins un mélange AB en phase liquide de ce premier constituant A avec un deuxième constituant B au moins partiellement miscible avec le premier, par thermocompression en .vaporisant au moins partiellement le constituant A et en comprimant le constituant A sous phase vapeur en utilisant de l'énergie provenant de l'apport externe, en opérant l'extraction à partir d'au moins deux mélanges AB à des concentrations en B différentes et éventuellement à des températures différentes, ou en opérant à partir d'un mélange AB dont la concentration du constituant B en solution reste sensiblement constante au cours de l'extraction du constituant A, ou en faisant varier le taux de compression du constituant A en phase vapeur en fonction de l'évolution de la concentration en constituant B dans le mélange de départ lors de l'extraction, et pour accumuler le constituant A ainsi extrait et au moins un mélange enrichi en constituant B, et des moy ens pour restituer de l'énergie vers un accepteur externe, en opérant une therrno-détente du constituant A ainsi accumulé, en prélevant de l'énergie liée à une détente du constituant A pour la restituer au moins partiellement à l'accepteur externe, et en diluant le constituant A après détente avec au moins un mélange enrichi en constituant B précédemment accumulé, en opérant la détente et la dilution avec au moins deux mélanges enrichis en constituant B à des concentrations différentes et éventuellement à des températures différentes, ou en opérant la détente et la dilution avec un mélange dont la concentration en solution de B reste sensiblement constante lors de la dilution du constituant A, ou en faisant varier le taux de détente duconstituant A en phase vapeur en fonction de l'évolution de la concentration en constituant B du mélange d'arrivée lors de la dilution.