WO2023180142A1 - Système de transformation d'un produit - Google Patents

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WO2023180142A1
WO2023180142A1 PCT/EP2023/056633 EP2023056633W WO2023180142A1 WO 2023180142 A1 WO2023180142 A1 WO 2023180142A1 EP 2023056633 W EP2023056633 W EP 2023056633W WO 2023180142 A1 WO2023180142 A1 WO 2023180142A1
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Simon MASTIO
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Eifhytec
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    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0184—Fuel cells

Definitions

  • the present invention is in the field of transforming a liquid product into a gaseous product. It concerns a system and a process for transforming a liquid product, and in particular liquid dihydrogen.
  • dihydrogen appears as a promising fuel. Its use, combined with a fuel cell and an electric motor in a vehicle, can represent an alternative to fossil fuels or to the use of electric accumulators commonly used to power electric motors.
  • dihydrogen Due to its low volume density in the gaseous state, dihydrogen is sometimes stored in liquid form to save space. In some cases, it must then be evaporated and compressed to a pressure of around 350 or 700 bars in order to be used as fuel.
  • An object of the present invention is to propose a system for transforming a product, said product being in the gaseous state when it is at a pressure of 1 bar and a temperature of 283 K in which the gaseous product resulting from the “Boil off” is recovered by optimizing energy and/or material consumption.
  • the recovered product resulting from the “boil-off” phenomenon can be compressed to a pressure level making it recoverable, while consuming little energy.
  • the recovered product resulting from the “boil-off” phenomenon can be compressed to a pressure level making it recoverable, while consuming little energy.
  • FIG. 1 There is a schematic view of a transformation system according to the invention comprising a thermal compressor whose cold source comprises a cold circuit traversed by a heat transfer liquid whose cold energy comes from the main circuit, and the hot source is thermally connected to the 'ambiant air.
  • FIG. 1 There is a schematic view of a transformation system according to the invention comprising a thermal compressor whose cold source comprises a cold circuit traversed by the main product in the gaseous state and the hot source is thermally connected to the ambient air.
  • FIG. 1 There is a schematic view of a transformation system according to the invention comprising a thermal compressor whose cold source comprises a cold circuit traversed by the main product circulating in the evaporator and the hot source is thermally connected to the ambient air.
  • FIG. 1 There is a schematic view of a transformation system according to the invention comprising a thermal compressor whose cold source comprises a cold circuit traversed by a heat transfer liquid and the hot source is hotter than the ambient air.
  • FIG. 1 There is a schematic view of a transformation system according to the invention comprising a first thermal compressor whose cold source comprises a cold circuit traversed by a heat transfer liquid whose cold energy comes from the main circuit and the hot source is thermally connected to the ambient air, and a second thermal compressor whose cold source is thermally connected to the ambient air and the hot source is hotter than the ambient air.
  • FIG. 1 There is a schematic view of a transformation system according to the invention comprising a first thermal compressor whose cold source comprises a cold circuit traversed by a heat transfer liquid whose cold energy comes from the main circuit and the hot source is thermally connected to the ambient air, and a second thermal compressor whose cold source includes a cold circuit traversed by a heat transfer liquid and the hot source is hotter than the ambient air.
  • the transformation system allows you to transform a liquid product into a compressed gaseous product.
  • the product concerned by the invention is in the gaseous state when it is at a pressure of 1 bar and at a temperature of 283K.
  • the product concerned by the invention is preferably dihydrogen. However, it may be another product, such as oxygen, nitrogen, methane, helium or natural gas for example.
  • the system according to the invention comprises at least one reservoir of liquid product 8, and in certain embodiments comprises at least one reservoir of compressed gaseous product 9.
  • the temperature is preferably lower than 123K, for example between 15 and 100K, and the pressure is preferably between 1 and 10 bar, for example 1 bar.
  • the temperature is preferably between 260K and 310K and the pressure is greater than or equal to 2 bars, preferably greater than 300 bar.
  • the system according to the invention also comprises a main circuit 10 configured to be traversed by a first part of the product, called the main product, initially stored in the liquid product tank 8.
  • the main circuit 10 may include at least one evaporator 11.
  • the term "evaporator” means any physical entity in which the main product can evaporate, i.e. change from the liquid state to the gaseous state.
  • the evaporator 11 can thus be a device dedicated to evaporation, or simply a conduit or any place in which the conditions are such that the main product, initially in the liquid state, passes into the gaseous state.
  • a single evaporator 11 can be used, or a plurality of evaporators 11 can be arranged in parallel.
  • the main circuit 10 comprises transfer means making it possible to extract the main product in the liquid state from the liquid product tank 8, in certain embodiments towards an evaporator 11.
  • the transfer can be direct, or Other devices can be passed through by the main product between the liquid product reservoir 8 and an evaporator 11, for example a cryogenic pump.
  • the main circuit 10 is therefore configured to extract the main product in the liquid state from the liquid product tank 8.
  • the main circuit 10 may also include transfer means making it possible to transfer the main product to a gaseous product tank 9, for example from the main product in the gaseous state coming from an evaporator 11 to a gaseous product tank 9. In this case, this transfer can be direct, or other devices can be passed through by the main product between an evaporator 11 and the gaseous product tank 9.
  • the system according to the invention finally comprises a recovery circuit 12 configured to be traversed by a second part of the product, called recovery product, initially stored in the liquid product tank 8.
  • the recovery product is the result of the phenomenon of " boil-off”: this is the product which evaporates naturally due to the heating taking place in the liquid product tank 8. All or only part of the product resulting from the "boil-off” evaporation can be sent into the recovery circuit 12 and constitute the recovery product.
  • the recovery circuit 12 includes at least one thermal compressor 13.
  • thermal compressor designates any device capable of compressing a gas at least in part by raising the temperature of this gas, or by raising the temperature of an intermediate agent such as a metal hydride. To generate this temperature rise, the thermal compressor 13 uses a cold source and a hot source.
  • At least one thermal compressor 13 is of the multi-stage type as described below.
  • only part or all of the thermal compressors 13 can be of the multi-stage type.
  • a single thermal compressor 13 can be used, or a plurality of thermal compressors 13 can be arranged in series, in order to operate several compression stages, and/or in parallel.
  • the recovery circuit 12 comprises transfer means making it possible to transfer the recovery product in the gaseous state from the liquid product tank 8 to a thermal compressor 13. This transfer can be direct, or other devices can be passed through by the recovery product between the liquid product tank 8 and a thermal compressor 13.
  • the recovery circuit 12 is therefore configured to extract the recovery product in the gaseous state from the liquid product tank 8.
  • the recovery circuit 12 can also include transfer means making it possible to transfer the compressed recovery product from a thermal compressor 13 to a gaseous product tank 9. This transfer can be direct, or other devices can be passed through by the recovery product between a thermal compressor 13 and the gas product tank 9.
  • the main 10 and recovery 12 circuits can transfer the main and recovery products into this single tank of gaseous product 9.
  • the main 10 and recovery 12 circuits can either transfer the main and recovery products into the same gaseous product tank 9, or into gaseous product tanks 9 distinct.
  • the system according to the invention comprises only one tank of gaseous product 9 downstream of only one of the main or recovery circuits, or the system according to the invention may not include any tank of gaseous product 9.
  • the recovery product once compressed in the at least one thermal compressor 13, the recovery product can undergo other stages or be used without prior storage.
  • the main product, after having lost part of its cold energy outside the liquid product tank 8, can also undergo other stages or be used without prior storage.
  • the cold source of at least one of the thermal compressors 13 is configured to receive cold energy from the main circuit 10.
  • the main circuit 10 is initially traversed by the main product in the liquid state, at a cold temperature, for example below 123K.
  • the cold energy contained in the main liquid product is then advantageously reused.
  • the cold energy is extracted from the main circuit 10 at an evaporator 11, taking advantage of the fact that during its evaporation, cold energy leaves the main product.
  • the cold source of at least one thermal compressor 13 can then include a cold circuit 14, configured to be traversed by a heat transfer fluid distinct from the main product.
  • the cold circuit 14 is then thermally connected to at least one evaporator 11, in order to transfer the cold energy from this evaporator 11 to the heat transfer fluid.
  • the heat transfer fluid is then sent to a thermal compressor 13 in order to constitute the cold source.
  • the heat transfer fluid can be of the glycol type. It is preferably a silicone-based fluid, which has the advantage of being in the liquid state up to temperatures of around 163K.
  • the cold source of at least one thermal compressor 13 comprises a cold circuit 14 configured to be traversed by the main product.
  • the cold energy can then be extracted from the main circuit 10 at an evaporator 11, the evaporator 11 being placed as close as possible to the thermal compressor so that the cold energy is transferred directly from the main product to the thermal compressor 13
  • the evaporator 11 has the function of the cold circuit 14 and the cold energy released by the evaporation of the main product directly constitutes the cold source of at least one thermal compressor 13, without using a heat transfer fluid distinct from the main product.
  • This can have the disadvantage that the main product is then two-phase at the cold source, making the heat exchanges with the thermal compressor 13 more complex to manage.
  • the cold energy is extracted from the main circuit 10 downstream of an evaporator 11, when the main product is in the gaseous state.
  • the cold energy is extracted from the main circuit 10 upstream or in the absence of an evaporator 11, when the main product is in the liquid state.
  • the main product is a product such that it is preferably in a liquid state at temperatures below 163K.
  • the heat transfer fluids usually used by those skilled in the art cannot fall below this temperature in the liquid state.
  • the use of the main product to constitute the cold source of the thermal compressor 13, without an intermediate heat transfer fluid, therefore makes it possible to operate at lower temperatures, which improves the efficiency of the thermal compressor 13.
  • the pressure in the liquid product tank 8 can be increased to a value of 10 bar for example.
  • the need to guarantee a high quality of insulation, to minimize the quantity of gas forming in the liquid product tank 8 by the “boil off” phenomenon is not compatible with a very high pressure tank.
  • the recovery product can be recovered in the recovery circuit 12 at a higher pressure, and therefore enters the first thermal compressor 13 at a higher pressure. This makes it possible to obtain a higher outlet pressure from the thermal compressor 13.
  • the hot source of at least one thermal compressor 13 can be thermally connected to the ambient air, for example with a convector making it possible to promote heat exchange.
  • This hot source allows low energy consumption, and can present a sufficient temperature differential with the cold source from the main circuit 10 to carry out the desired compression in the thermal compressor 13.
  • each thermal compressor 13 using the main circuit 10 as a cold source and a thermally connected hot source l ambient air, we can then achieve a compression ratio of the order of 20.
  • a pressure of the recovery product at 10 bar at the inlet of the first thermal compressor 13 we can thus obtain an outlet pressure from the second compressor thermal 13 around 200 bar.
  • a single thermal compressor 13 may be sufficient, or more than two thermal compressors 13 may be available in series.
  • the hot source of at least one thermal compressor 13 can be connected to a source of waste heat, which makes it possible to optimize the energy consumption of the system, to electric heating, or to any other hot source known to those skilled in the art and suitable to a thermal compressor, as illustrated in at 6.
  • the hot source of at least one thermal compressor can be linked to a catalytic combustion device for part of the "boil-off” product evaporating inside the liquid product tank 8.
  • a catalytic combustion device for part of the "boil-off” product evaporating inside the liquid product tank 8.
  • a only part of the “boil-off” product is sent to the recovery circuit 12, and another part of the “boil-off” product is sent to the catalytic combustion device.
  • the system according to the invention comprises at least two thermal compressors 13 in series, the cold source of a first thermal compressor being configured to receive cold energy from the main circuit 10, and the hot source of a second thermal compressor 13 being configured hotter than the ambient air.
  • the cold source of the second thermal compressor 13 can then be thermally connected to the ambient air. This cold source makes it possible to consume little energy, and can present a sufficient temperature differential with the hot source to carry out the desired compression in the second thermal compressor 13.
  • the second thermal compressor 13 can be configured with a pressure ratio of 1.75, or 3.5, to obtain an outlet pressure of 350 bar, respectively 700 bar, while maintaining attractive energy efficiency.
  • thermal compressors 13 in series are particularly advantageous when the quantity of cold energy coming from the main circuit 10, and the differential with the temperature of the ambient air, is not sufficient to compress the recovery product to the level of pressure required.
  • the system may include a first cold circuit 14 at the first thermal compressor 13 in which a heat transfer fluid circulates at a temperature between 163K and 180K, and a second cold circuit 14 at the second thermal compressor 13 in which a heat transfer fluid circulates heat transfer fluid at a temperature between 163K and 233K.
  • the main product being at the outlet of the liquid product tank 8 at a temperature between 0K and 163K, the heat transfer fluid cannot fall below 163K and is only capable of capturing part of the cold energy contained in the main product.
  • the use of a second cold circuit allows a greater part of this cold energy to be used.
  • the system according to the invention may include three thermal compressors 13 in series or more, each connected to a cold circuit 14, to make the most of this advantage.
  • thermal compressor 13 of multi-stage type as illustrated in the at 10.
  • multi-stage thermal compressor is used exclusively to describe a thermal compressor of the type described below, and illustrated in the to 10.
  • the multi-stage thermal compressor 13, illustrated in comprises an upstream source 1, a target 2, and one or more groups of reservoirs 3.
  • the multi-stage thermal compressor 13 makes it possible to compress gas from an upstream source 1, at which the gas is at a pressure P 0 , up to a target pressure P.
  • the gas compressed by the multi-stage thermal compressor 13 is the recovery product.
  • the tanks 3 are capable of containing a certain volume of said gas in a sealed manner. Within a group, the tanks 3 all preferably have the same volume, for example 50 liters.
  • the multi-stage thermal compressor 13 comprises heating means 4 and cooling means 5 of the contents of each tank 3.
  • the heating means 4 recovers thermal energy, or calories, from a hot source
  • the cooling means 5 recovers cold energy, or frigories, from a cold source.
  • the heating 4 and cooling 5 means make it possible, for example, to bring a heat transfer fluid into contact with the contents of each tank 3. If the heat transfer fluid is hotter, respectively colder, than the contents of a tank 3, it can be used to heat, respectively cool, said content.
  • the heating means 4 can also be an electrical resistance immersed in the tank.
  • the hot source of the multi-stage thermal compressor 13, or of any other type of thermal compressor 13 used in the present invention, can be connected to an electrolyzer or a unit for producing dihydrogen by biomass.
  • the gas is dihydrogen
  • the heat generated to produce this dihydrogen can be recovered in the thermal compressor 13.
  • other sources of waste heat available locally can constitute the hot spring to reduce the costs of consumed energy. This could be, for example, a waste collection site, or any other industrial site where heat is produced.
  • the multi-stage thermal compressor 13 further comprises transfer means 6a making it possible to transfer gas directly from the upstream source 1 to each tank 3 of a group, and transfer means 6b making it possible to transfer gas directly from each tank 3 from a group to target 2.
  • a direct transfer here designates a transfer which does not pass through another reservoir 3 of the same group or another group, nor through the upstream source 1 or target 2.
  • the multi-stage thermal compressor 13 finally includes bidirectional transfer means 7 making it possible to transfer gas directly from each tank of a group to each other tank of the same group.
  • a direct transfer here designates a transfer which does not pass through another reservoir 3 of the same group or another group, nor through the upstream source 1 or the target 2. Thus by considering any pair of reservoirs 3 of the same group, it is possible to transfer gas directly between these two tanks 3, in both directions.
  • the step of cooling the gas contained in the tank and transferring gas from the upstream source 1 to said tank 3a is carried out successively for each tank 3 of said group, and not for several tanks 3 at the same time.
  • the tanks 3 of the group each pass through this step in turn, then follow the same cycle simultaneously, each with a time lag relative to the others.
  • the thermal compression of the gas is done by opening the transfer means between two tanks 3, the tank 3 in which the gas is the most compressed allowing the gas in the other tank 3 to increase in pressure.
  • the tank 3 which receives the gas is in a cold state and the tank 3 which gives the gas is in a hot state.
  • the hot tank 3 has a higher pressure and can give gas and increase the pressure in the cold tank 3.
  • each tank 3 thus goes through a rise in pressure in a cold state, then a drop in pressure in a hot state.
  • the transferred gas is cooled.
  • the transferred gas can be cooled before its arrival in the tank 3, for example in the bidirectional transfer means 7 between the two tanks 3.
  • the transferred gas can be cooled after its arrival in the tank 3, by cooling the whole of the contents of the tank 3, for example by the cooling means 5.
  • the contents of a tank 3 cooled to the cold temperature T 1 is kept at the cold temperature T 1 until at the warming stage.
  • the contents of a tank 3 heated to the hot temperature T 2 is preferably kept at the hot temperature T 2 until the cooling step. This allows you to always benefit from the temperature differential between T1 and T2 when you connect a hot tank 3 to a cold tank 3 to increase the pressure of the latter.
  • a first step includes a transfer of gas between a first and a second entity, these two entities being the upstream source 1 and a reservoir 3, two reservoirs 3, or a reservoir 3 and the target 2
  • a second step includes a transfer of gas between a third and a fourth entity, these two entities being the upstream source 1 and a reservoir 3, two reservoirs 3, or a reservoir 3 and the target 2.
  • the first, second, third and fourth entities being four distinct entities.
  • the step of transferring gas from the upstream source 1 to a first tank 3a, ..., 3h takes place simultaneously with the step of transferring gas from a second tank 3a, ..., 3h to a recipient tank 3 or towards the target 2.
  • certain tanks 3 of the multi-stage thermal compressor 13 carry out certain steps, other tanks 3 carry out other steps of the process, which saves time.
  • a heat transfer fluid can be circulated from the first tank 3a, ..., 3h to the second tank 3a, ..., 3h.
  • a group of tanks 3 comprises at least two tanks 3, for example three, preferably four tanks 3.
  • the choice of the number of tanks 3 is made, with the other parameters of the multi-stage thermal compressor 13, as a function of the number of stages necessary to compress the gas from the pressure P 0 at the upstream source 1 to the desired target pressure P at the target 2.
  • the other parameters to be adjusted are in particular the volumes of the tanks 3, and the temperatures T 1 and T 2 at which tanks 3 are heated and cooled. It is advantageous to have an even number of tanks 3 in a group. This allows that at each stage of the process, one of the stages of the process takes place in each tank 3.
  • the multi-stage thermal compressor 13 can comprise a single group of tanks 3, preferably it comprises two groups of tanks 3. In fact the total number of stages of the cycle described above, counting the repetitions of the second and the fourth stage, is equal to double the number of 3 tanks in a group.
  • the multi-stage thermal compressor 13 comprises a single group, only half of the steps can therefore be carried out at the same time by one of the tanks 3.
  • the steps of transferring gas from the upstream source 1 and to the target 2, in particular, do not occur for a single group at each stage of the cycle.
  • additional tanks 3 can be provided to allow heating and cooling to be carried out in several stages. This is of interest if the warming and cooling steps take longer than the transfer steps; Typically if these steps take twice as long as the transfer steps, it may be beneficial to perform the heating and cooling in two steps.
  • an installation can be provided which initially operates between a first source pressure P0 and a target pressure P1. Then in a second step, we can take part of the gas at pressure P1 and make it a source at pressure P1. The device then raises the pressure to a pressure P2. We can continue for as long as necessary to finally reach the desired target pressure.
  • the temperature of the cold source, and therefore of cooling T 1 can be as low as possible, that is to say for example the ambient temperature or the temperature of the cooling source. lowest cold temperature available at the site of use.
  • the multi-stage thermal compressor 13 is particularly advantageous for small installations, with a gas outlet flow rate at target 2 for example between 1 and 100 kg per hour.
  • the multi-stage thermal compressor 13 comprises a group of two tanks 3a, 3b.
  • the volumes of tanks 3a, 3b are equal.
  • the arrows illustrate the gas flows. The condition of each tank is noted after gas transfers are completed.
  • Steps C and D are identical to steps A and B, swapping tanks 3a and 3b.
  • the cycle can resume at step A.
  • Figures 9 and 10 illustrate an example of an embodiment in which the multi-stage thermal compressor 13 comprises two groups of four tanks 3a to 3d and 3e to 3h.
  • the volumes of tanks 3a to 3d are equal.
  • the volumes of the 3rd to 3h tanks are equal.
  • the arrows illustrate the gas flows. The condition of each tank is noted after gas transfers are completed.
  • step A it is the tank 3d of the first group of tanks 3 which sends gas towards the target 2
  • step B it is the tank 3h of the second group of tanks 3, then at the step C the tank 3c of the first group of tanks 3, and so on.
  • step A it is the tank 3a, of the first group of tanks 3, which receives gas coming from the upstream source 1, in step B it is the tank 3e of the second group of tanks 3 , then in step C the tank 3b of the first group of tanks 3, and so on.
  • each tank 3 can be linked to three other tanks 3 among the ten, by bidirectional transfer means; each reservoir 3 must of course also be linked to the source and the target by transfer means.

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Abstract

La présente invention concerne un système de transformation d'un produit, ledit produit étant à l'état gazeux lorsqu'il se trouve à une pression de 1 bar et une température de 283K, ledit système comprenant : - au moins un réservoir de produit liquide (8), - un circuit principal (10) permettant d'extraire un produit principal à l'état liquide du réservoir de produit liquide, et - un circuit de récupération (12) comprenant au moins un compresseur thermique (13) configuré pour comprimer un gaz au moins en partie par élévation de température dudit gaz ou d'un agent intermédiaire tel qu'un hydrure métallique, grâce à une source froide et une source chaude, et des moyens de transfert permettant de transférer un produit de récupération résultant d'une évaporation à l'intérieur du réservoir de produit liquide (8) vers un desdits au moins un compresseur thermique (13), la source froide d'au moins un desdits compresseurs thermiques (13) étant configurée pour recevoir de l'énergie froide dudit circuit principal (10). La présente invention concerne également un procédé de transformation d'un produit.

Description

Système de transformation d’un produit
La présente invention se situe dans le domaine de la transformation d’un produit liquide en un produit gazeux. Elle concerne un système et un procédé de transformation d’un produit liquide, et notamment du dihydrogène liquide.
Dans un contexte de fort développement des solutions faiblement émissives en dioxyde de carbone, pour la mobilité et le transport de biens et de passagers, le dihydrogène apparait comme un carburant prometteur. Son utilisation, associé à une pile à combustible et à un moteur électrique dans un véhicule, peut représenter une alternative aux carburants fossiles ou à l’utilisation d’accumulateurs électriques couramment utilisés pour l’alimentation de moteurs électriques.
Du fait de sa faible densité volumique à l’état gazeux, le dihydrogène est parfois stocké sous forme liquide afin d’économiser de l’espace. Dans certains cas, il doit ensuite être évaporé et comprimé à une pression de l’ordre de 350 ou 700 bars pour pouvoir être utilisé comme carburant.
Afin de rester à l’état liquide sous la pression atmosphérique, l’hydrogène doit être maintenu à une température inférieure à 20K. Cette température étant très inférieure à la température ambiante, il s’opère inévitablement une évaporation d’une partie de l’hydrogène liquide, phénomène appelé « boil-off ».
L’hydrogène résultant du « boil-off » est difficilement récupérable de façon rentable économiquement, car il s’agit de petites quantités, à des pressions réduites. Dans la plupart des cas, cet hydrogène est donc rejeté dans l’atmosphère, où il est perdu. Ces pertes peuvent représenter jusqu’à 1% de la quantité d’hydrogène liquide stocké par jour. Il existe donc un intérêt particulier à trouver des solutions pour récupérer cet hydrogène.
Les documents WO2005068847 et WO2015036708 proposent des dispositifs de récupération de gaz d’évaporation. L’énergie consommée est optimisée grâce à des échangeurs de chaleur situés sur le circuit du gaz d’évaporation. Toutefois ces dispositifs consomment une énergie trop importante.
Un objet de la présente invention est de proposer un système de transformation d’un produit, ledit produit étant à l’état gazeux lorsqu’il se trouve à une pression de 1 bar et une température de 283 K dans lequel le produit gazeux résultant du « boil off » est récupéré en optimisant la consommation d’énergie et/ou de matière.
La présente invention a pour objet de répondre au moins en partie aux objets précités en proposant un système de transformation permettant de compresser le produit gazeux résultant du « boil-off » en utilisant l’énergie froide contenue dans le produit qui est liquéfié à basse température. A cet effet, elle propose un système de transformation d’un produit, ledit produit étant à l’état gazeux lorsqu’il se trouve à une pression de 1 bar et une température de 283K, ledit système comprenant :
  • au moins un réservoir de produit liquide,
  • un circuit principal configuré pour extraire un produit principal à l’état liquide du réservoir de produit liquide, et
  • un circuit de récupération comprenant au moins un compresseur thermique configuré pour comprimer un gaz au moins en partie par élévation de température dudit gaz ou d’un agent intermédiaire tel qu’un hydrure métallique, grâce à une source froide et une source chaude, et des moyens de transfert permettant de transférer un produit de récupération résultant d’une évaporation à l’intérieur du réservoir de produit liquide vers un desdits au moins un compresseur thermique, la source froide d’au moins un desdits compresseurs thermiques étant configurée pour recevoir de l’énergie froide dudit circuit principal.
Grâce à ces dispositions, le produit de récupération résultant du phénomène de « boil-off » peut être comprimé à un niveau de pression le rendant valorisable, en consommant peu d’énergie.
Selon d’autres caractéristiques :
  • le circuit principal peut comprendre au moins un évaporateur et des moyens de transfert permettant de transférer un produit principal à l’état liquide du réservoir de produit liquide vers un desdits au moins un évaporateur, ce qui permet d’utiliser l’énergie froide émise par le produit principal lors de son évaporation,
  • ladite source froide d’au moins un desdits au moins un compresseur thermique peut comporter un circuit froid configuré pour être parcouru par un fluide caloporteur connecté thermiquement audit évaporateur, ce qui est un mode de réalisation simple et efficace de l’invention,
  • ladite source froide d’au moins un desdits au moins un compresseur thermique peut comporter un circuit froid configuré pour être parcouru par ledit produit principal, ce qui permet d’optimiser l’utilisation de l’énergie froide contenue dans le produit principal liquéfié,
  • la source chaude d’au moins un desdits au moins un compresseur thermique peut être connectée thermiquement à l’air ambiant, ce qui est une source chaude peu consommatrice d’énergie,
  • le circuit de récupération peut comprendre :
    • au moins un premier compresseur thermique, dont la source froide est configurée pour recevoir de l’énergie froide dudit circuit principal et la source chaude est connectée thermiquement à l’air ambiant, et
    • en aval dudit au moins un premier compresseur thermique par rapport au mouvement dudit deuxième produit gazeux, au moins un deuxième compresseur thermique, dont la source froide est configurée pour recevoir de l’énergie froide dudit circuit principal ou de l’air ambiant et la source chaude est connectée thermiquement à une source de chaleur fatale ou à un chauffage électrique,
ce qui permet d’obtenir un niveau de compression élevé du produit de récupération tout en optimisant la consommation d’énergie,
  • au moins un compresseur thermique peut être un compresseur thermique de type multi-étages comportant une source amont, une cible, et au moins un groupe de réservoirs comprenant chacun au moins deux réservoirs, ledit compresseur thermique multi-étages comportant un moyen de chauffage et un moyen de refroidissement du contenu de chaque réservoir, liés respectivement à une source chaude et une source froide, chaque groupe comportant encore :
    • des moyens de transfert permettant de transférer du gaz directement de ladite source amont à chaque réservoir et directement de chaque réservoir à ladite cible, et
    • pour chaque réservoir dudit groupe, des moyens de transfert bidirectionnels permettant de transférer du gaz directement entre ce réservoir et au moins un autre réservoir dudit groupe,
ainsi le gaz, qui dans le cadre de la présente invention est le produit de récupération, peut être comprimé à une haute pression par compression thermique, ce qui permet d’éviter les problèmes de bruit et d’usure de pièces mécaniques, tout en permettant un procédé efficace énergétiquement.
  • ledit compresseur thermique multi-étages peut comporter deux groupes de réservoirs, ce qui permet d’optimiser son fonctionnement, et notamment de permettre une alimentation du compresseur thermique multi-étages et une production de gaz comprimé en continu,
  • ledit compresseur thermique multi-étages peut comporter au moins trois, de préférence au moins quatre réservoirs dans chaque groupe, ce qui permet de faire monter plusieurs étages de pression au gaz, et donc d’obtenir une plus grande élévation de pression pour une différence de température donnée,
  • la source chaude peut être une source de chaleur fatale comme par exemple une installation de production de dihydrogène par biomasse ou un électrolyseur, ce qui permet de récupérer la chaleur produite, et ainsi réduire les coûts de l’énergie consommée par le compresseur thermique, qu’il s’agisse d’un compresseur thermique multi-étages ou d’un autre type de compresseur thermique,
  • tous les réservoirs d’un même groupe peuvent avoir le même volume, ce qui permet de simplifier le compresseur thermique multi-étages.
La présente invention concerne également un procédé de transformation d’un produit se trouvant dans un réservoir de produit liquide, ledit produit étant un produit qui est à l’état gazeux lorsqu’il se trouve à une pression de 1 bar et une température de 283K, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
  • dans un circuit principal :
    • extraction d’un produit principal à l’état liquide hors dudit réservoir de produit liquide,
  • dans un circuit de récupération :
    • évaporation de produit liquide dans ledit réservoir de produit liquide pour obtenir un produit de récupération à l’état gazeux,
    • transfert dudit produit de récupération vers au moins un compresseur thermique,
    • dans ledit au moins un compresseur thermique, compression dudit produit de récupération au moins en partie par élévation de la température dudit produit de récupération ou d’un agent intermédiaire tel qu’un hydrure métallique, grâce à une source froide et une source chaude, ladite source froide recevant de l’énergie froide dudit circuit principal.
Grâce à ces dispositions, le produit de récupération résultant du phénomène de « boil-off » peut être comprimé à un niveau de pression le rendant valorisable, en consommant peu d’énergie.
Selon d’autres caractéristiques :
  • ledit procédé peut comporter en outre, dans le circuit principal, après l’étape d’extraction, une étape d’évaporation dudit produit principal, ce qui permet d’utiliser l’énergie froide émise par le produit principal lors de son évaporation,
  • la température du produit liquide dans le réservoir de produit liquide peut être inférieure à 123 K, ce qui permet l’utilisation des gaz de l’air dans le procédé selon l’invention,
  • la pression du produit gazeux en aval desdits au moins un compresseur thermique peut être supérieure ou égale à 300 bar, ce qui permet une utilisation par exemple dans le domaine de la mobilité,
  • ladite compression du produit de récupération peut se faire au moins en partie par un procédé cyclique de compression thermique d’un gaz, qui dans le cadre de la présente invention est le produit de récupération, dans lequel plusieurs réservoirs d’un groupe effectuent un cycle au cours duquel ils effectuent une montée en pression au contact d’un réservoir ou d’une succession de réservoirs plus chauds, puis une descente en pression afin de faire monter en pression d’autres réservoirs plus froids. Le compresseur thermique de type multi-étages peut être utilisé selon un procédé cyclique de compression thermique d’un gaz dans une pluralité de réservoirs d’au moins un groupe dudit compresseur thermique, chaque cycle comportant pour chaque réservoir de chaque groupe les étapes suivantes :
  • refroidissement du gaz contenu dans le réservoir et transfert de gaz de la source vers ledit réservoir,
  • transfert de gaz d’un réservoir donneur vers ledit réservoir, ledit réservoir donneur étant celui dont le gaz est à la pression la plus basse parmi les réservoirs dudit groupe dont le gaz est à une pression et une température supérieures au gaz dudit réservoir, jusqu’à égalisation des pressions dans ledit réservoir et ledit réservoir donneur, le cas échéant, répétition de cette étape tant qu’il y a un autre réservoir dudit groupe dont le gaz est à une pression et une température supérieures au gaz dudit réservoir,
  • réchauffement du gaz contenu dans le réservoir et transfert de gaz dudit réservoir vers la cible,
  • transfert de gaz dudit réservoir vers un réservoir receveur, ledit réservoir receveur étant celui dont le gaz est à la pression la plus haute parmi les réservoirs dudit groupe dont le gaz est à une pression et une température inférieures au gaz dudit réservoir, jusqu’à égalisation des pressions dans ledit réservoir et ledit réservoir receveur, le cas échéant, répétition de cette étape tant qu’il y a un autre réservoir dudit groupe dont le gaz est à une pression et une température inférieures au gaz dudit réservoir,
l’étape de refroidissement du gaz contenu dans le réservoir et transfert de gaz de la source amont vers ledit réservoir étant effectuée successivement pour chaque réservoir dudit groupe,
ce qui permet que le gaz soit comprimé à une haute pression par compression thermique, ce qui permet d’éviter les problèmes de bruit et d’usure de pièces mécaniques. Ce procédé est particulièrement efficace énergétiquement, la chaleur utilisée pour faire monter la pression dans un réservoir étant utilisée lors de sa descente en pression pour comprimer le contenu d’autres réservoirs, la compression pouvant s’effectuer en cascade.
  • ledit procédé de compression thermique dans un compresseur thermique multi-étages peut avoir lieu dans une pluralité de réservoirs de deux groupes, les étapes de refroidissement du gaz contenu dans un réservoir et transfert du gaz de la source amont pouvant avoir lieu tour à tour vers un des réservoirs d’un groupe, puis vers un des réservoirs de l’autre groupe, ce qui permet d’optimiser le procédé, et notamment de permettre une alimentation du compresseur thermique multi-étages et une production de gaz comprimé en continu,
  • lors de l’étape de transfert de gaz d’un réservoir donneur du même groupe dont le gaz est à une pression et une température supérieures vers ledit réservoir, le gaz transféré peut être refroidi pour réduire la montée en température du contenu dudit réservoir, ce qui permet de conserver l’écart de température entre un réservoir montant en pression et un réservoir descendant en pression, cet écart permettant d’optimiser la compression du gaz dudit réservoir,
  • chaque groupe de réservoirs peut comporter au moins trois, de préférence au moins quatre réservoirs, et les deux étapes de transfert être chacune répétées respectivement au moins deux, de préférence au moins trois fois, ce qui permet de faire monter plusieurs étages de pression au gaz, et donc d’obtenir une plus grande élévation de pression pour une différence de température donnée,
  • ledit procédé de compression thermique, qu’il utilise un compresseur thermique de type multi-étages ou non, peut comporter en outre une étape de compression du gaz, après une première compression thermique, dans un compresseur à hydrures métalliques, ce qui permet de combiner une première compression offrant les avantages du compresseur thermique, puis une compression thermochimique lorsque la quantité d’énergie froide fournie par le circuit principal n’est pas suffisante pour atteindre le niveau de compression voulu,
  • lors de l’étape de refroidissement du gaz contenu dans un premier réservoir, de la chaleur peut être extraite dudit premier réservoir et être utilisée dans l’étape de réchauffement du gaz contenu dans un deuxième réservoir, ce qui permet d’optimiser la consommation en énergie du procédé,
  • au moins deux étapes peuvent être réalisées simultanément, une première étape incluant un transfert de gaz entre une première et une deuxième entité, ces deux entités étant la source amont et un réservoir, deux réservoirs, ou un réservoir et la cible, et une deuxième étape incluant un transfert de gaz entre une troisième et une quatrième entité, ces deux entités étant la source amont et un réservoir, deux réservoirs, ou un réservoir et la cible, la première, deuxième, troisième et quatrième entités étant quatre entités distinctes, ce qui permet d’optimiser le cycle, plusieurs étapes différentes ayant lieu en même temps dans plusieurs réservoirs différents du compresseur thermique multi-étages, voire d’un même groupe.
  • l’étape de transfert de gaz de la source amont vers un premier réservoir peut avoir lieu simultanément avec l’étape de transfert de gaz d’un deuxième réservoir vers un réservoir receveur ou vers la cible, ce qui permet d’optimiser le cycle, plusieurs étapes différentes ayant lieu en même temps dans plusieurs réservoirs différents du compresseur thermique multi-étages, voire d’un même groupe.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui fait suite, en référence aux figures annexées dans lesquelles :
La est une vue schématique d’un système de transformation selon l’invention comportant un compresseur thermique dont la source froide comporte un circuit froid parcouru par un liquide caloporteur dont l’énergie froide provient du circuit principal, et la source chaude est connectée thermiquement à l’air ambiant.
La est une vue schématique d’un système de transformation selon l’invention comportant un compresseur thermique dont la source froide comporte un circuit froid parcouru par le produit principal à l’état gazeux et la source chaude est connectée thermiquement à l’air ambiant.
La est une vue schématique d’un système de transformation selon l’invention comportant un compresseur thermique dont la source froide comporte un circuit froid parcouru par le produit principal circulant dans l’évaporateur et la source chaude est connectée thermiquement à l’air ambiant.
La est une vue schématique d’un système de transformation selon l’invention comportant un compresseur thermique dont la source froide comporte un circuit froid parcouru par un liquide caloporteur et la source chaude est plus chaude que l’air ambiant.
La est une vue schématique d’un système de transformation selon l’invention comportant un premier compresseur thermique dont la source froide comporte un circuit froid parcouru par un liquide caloporteur dont l’énergie froide provient du circuit principal et la source chaude est connectée thermiquement à l’air ambiant, et un deuxième compresseur thermique dont la source froide est connectée thermiquement à l’air ambiant et la source chaude est plus chaude que l’air ambiant.
La est une vue schématique d’un système de transformation selon l’invention comportant un premier compresseur thermique dont la source froide comporte un circuit froid parcouru par un liquide caloporteur dont l’énergie froide provient du circuit principal et la source chaude est connectée thermiquement à l’air ambiant, et un deuxième compresseur thermique dont la source froide comporte un circuit froid parcouru par un liquide caloporteur et la source chaude est plus chaude que l’air ambiant.
La est une vue schématique d’un compresseur thermique multi-étages selon un mode de réalisation de l’invention,
La est une vue schématique des étapes d’un procédé de compression thermique d’un gaz selon le mode de réalisation de la ,
La est une vue schématique des premières étapes d’un procédé de compression thermique d’un gaz dans un compresseur thermique multi-étages selon un mode de réalisation préféré de l’invention,
La est une vue schématique des étapes terminant le procédé commencé en .
Le système de transformation selon l’invention, dont plusieurs modes de réalisation sont illustrés aux à 6, permet de transformer un produit liquide en un produit gazeux comprimé. Le produit concerné par l’invention est à l’état gazeux lorsqu’il se trouve à une pression de 1 bar et à une température de 283K.
Le produit concerné par l’invention est de préférence du dihydrogène. Il peut toutefois s’agir d’un autre produit, tel que de l’oxygène, de l’azote, du méthane, de l’hélium ou du gaz naturel par exemple.
Le système selon l’invention comporte au moins un réservoir de produit liquide 8, et peu dans certains modes de réalisation comporter au moins un réservoir de produit gazeux 9 comprimé.
Dans le réservoir de produit liquide 8, la température est de préférence inférieure à 123K, par exemple entre 15 et 100K, et la pression est de préférence comprise entre 1 et 10 bar, par exemple 1 bar.
Le cas échéant, dans le réservoir de produit gazeux, la température est de préférence comprise entre 260K et 310K et la pression est supérieure ou égale à 2 bars, de préférence supérieure à 300 bar.
Le système selon l’invention comporte encore un circuit principal 10 configuré pour être parcouru par une première partie du produit, appelé produit principal, initialement stocké dans le réservoir de produit liquide 8.
Le circuit principal 10 peut comporter au moins un évaporateur 11.
Dans la présente invention, le terme « évaporateur » désigne toute entité physique dans laquelle le produit principal peut s’évaporer, c’est-à-dire passer de l’état liquide à l’état gazeux. L’évaporateur 11 peut ainsi être un appareil dédié à l’évaporation, ou simplement un conduit ou tout endroit dans lequel les conditions sont telles que le produit principal, initialement à l’état liquide, passe à l’état gazeux.
Lorsque le système selon l’invention comporte un évaporateur 11, Un seul évaporateur 11 peut être utilisé, ou une pluralité d’évaporateurs 11 peuvent être disposés en parallèle.
Le circuit principal 10 comporte des moyens de transfert permettant d’extraire le produit principal à l’état liquide hors du réservoir de produit liquide 8, dans certains modes de réalisation vers un évaporateur 11. Dans ce cas le transfert peut être direct, ou d’autres dispositifs peuvent être parcourus par le produit principal entre le réservoir de produit liquide 8 et un évaporateur 11, par exemple une pompe cryogénique. Le circuit principal 10 est donc configuré pour extraire du réservoir de produit liquide 8 le produit principal à l’état liquide. Le circuit principal 10 peut encore comporter des moyens de transfert permettant de transférer le produit principal vers un réservoir de produit gazeux 9, par exemple du produit principal à l’état gazeux en provenance d’un évaporateur 11 vers un réservoir de produit gazeux 9. Dans ce cas, ce transfert peut être direct, ou d’autres dispositifs peuvent être parcourus par le produit principal entre un évaporateur 11 et le réservoir de produit gazeux 9.
Le système selon l’invention comporte enfin un circuit de récupération 12 configuré pour être parcouru par une deuxième partie du produit, appelé produit de récupération, initialement stocké dans le réservoir de produit liquide 8. Le produit de récupération est le résultat du phénomène de « boil-off » : il s’agit du produit qui s’évapore naturellement du fait du réchauffement ayant lieu dans le réservoir de produit liquide 8. L’intégralité ou une partie seulement du produit issu de l’évaporation « boil-off » peut être envoyée dans le circuit de récupération 12 et constituer le produit de récupération.
Le circuit de récupération 12 comporte au moins un compresseur thermique 13.
Dans le cadre de la présente invention, le terme « compresseur thermique » désigne tout dispositif apte à comprimer un gaz au moins en partie par élévation de la température de ce gaz, ou par élévation de la température d’un agent intermédiaire tel qu’un hydrure métallique. Pour générer cette élévation de température, le compresseur thermique 13 utilise une source froide et une source chaude.
Selon un mode préféré de réalisation de l’invention, au moins un compresseur thermique 13 est de type multi-étages tel que décrit plus loin. Dans les modes de réalisation comportant plusieurs compresseurs thermiques 13, une partie seulement ou tous les compresseurs thermiques 13 peuvent être de type multi-étages.
Un seul compresseur thermique 13 peut être utilisé, ou une pluralité de compresseurs thermiques 13 peuvent être disposés en série, afin d’opérer plusieurs étages de compression, et/ou en parallèle.
Le circuit de récupération 12 comporte des moyens de transfert permettant de transférer le produit de récupération à l’état gazeux du réservoir de produit liquide 8 vers un compresseur thermique 13. Ce transfert peut être direct, ou d’autres dispositifs peuvent être parcourus par le produit de récupération entre le réservoir de produit liquide 8 et un compresseur thermique 13. Le circuit de récupération 12 est donc configuré pour extraire du réservoir de produit liquide 8 le produit de récupération à l’état gazeux. Le circuit de récupération 12 peut encore comporter des moyens de transfert permettant de transférer le produit de récupération comprimé d’un compresseur thermique 13 vers un réservoir de produit gazeux 9. Ce transfert peut être direct, ou d’autres dispositifs peuvent être parcourus par le produit de récupération entre un compresseur thermique 13 et le réservoir de produit gazeux 9.
Dans le cas où le système selon l’invention comporte un unique réservoir de produit gazeux 9, les circuits principal 10 et de récupération 12 peuvent transférer les produits principal et de récupération dans cet unique réservoir de produit gazeux 9. Par contre, dans le cas où le système selon l’invention comporte une pluralité de réservoirs de produit gazeux 9, les circuits principal 10 et de récupération 12 peuvent soit transférer les produits principal et de récupération dans un même réservoir de produit gazeux 9, soit dans des réservoirs de produit gazeux 9 distincts.
Dans d’autres modes de réalisation, le système selon l’invention ne comporte qu’un seul réservoir de produit gazeux 9 en aval d’un seul des circuits principal ou de récupération, ou le système selon l’invention peut ne comporter aucun réservoir de produit gazeux 9. En effet une fois comprimé dans l’au moins un compresseur thermique 13, le produit de récupération peut subir d’autres étapes ou être utilisé sans stockage préalable. Le produit principal, après avoir perdu une partie de son énergie froide hors du réservoir de produit liquide 8, peut également subir d’autres étapes ou être utilisé sans stockage préalable.
Dans la présente invention, la source froide d’au moins un des compresseurs thermiques 13 est configurée pour recevoir de l’énergie froide du circuit principal 10. En effet le circuit principal 10 est initialement parcouru par le produit principal à l’état liquide, à une température froide, par exemple inférieure à 123K. L’énergie froide contenue dans le produit principal liquide est alors avantageusement réutilisée.
Dans un premier mode de réalisation de l’invention illustré aux et 4 à 6, l’énergie froide est extraite du circuit principal 10 au niveau d’un évaporateur 11 en profitant du fait que lors de son évaporation, de l’énergie froide quitte le produit principal. La source froide d’au moins un compresseur thermique 13 peut alors comporter un circuit froid 14, configuré pour être parcouru par un fluide caloporteur distinct du produit principal. Le circuit froid 14 est alors connecté thermiquement à au moins un évaporateur 11, afin de transférer l’énergie froide de cet évaporateur 11 vers le fluide caloporteur. Le fluide caloporteur est ensuite envoyé vers un compresseur thermique 13 afin d’en constituer la source froide.
Le fluide caloporteur peut être de type glycolé. Il s’agit de préférence d’un fluide à base de silicone, qui présente l’avantage d’être à l’état liquide jusqu’à des températures de l’ordre de 163K.
Dans un deuxième mode de réalisation, la source froide d’au moins un compresseur thermique 13 comporte un circuit froid 14 configuré pour être parcouru par le produit principal. Comme illustré en , l’énergie froide peut alors être extraite du circuit principal 10 au niveau d’un évaporateur 11, l’évaporateur 11 étant placé au plus proche du compresseur thermique pour que l’énergie froide soit transférée directement du produit principal vers le compresseur thermique 13. Dans ce cas, l’évaporateur 11 a la fonction du circuit froid 14 et l’énergie froide dégagée par l’évaporation du produit principal constitue directement la source froide d’au moins un compresseur thermique 13, sans utiliser de fluide caloporteur distinct du produit principal. Ceci peut présenter l’inconvénient que le produit principal est alors diphasique au niveau de la source froide, rendant les échanges de chaleur avec le compresseur thermique 13 plus complexes à gérer. Selon un autre mode de réalisation illustré en , l’énergie froide est extraite du circuit principal 10 en aval d’un évaporateur 11, lorsque le produit principal est à l’état gazeux. Dans un autre mode de réalisation, l’énergie froide est extraite du circuit principal 10 en amont ou en absence d’un évaporateur 11, lorsque le produit principal est à l’état liquide.
Le produit principal est un produit tel qu’il est de préférence à l’état liquide à des températures inférieures à 163K. Or les fluides caloporteurs habituellement utilisés par l’homme du métier ne peuvent pas descendre en-dessous de cette température à l’état liquide. L’usage du produit principal pour constituer la source froide du compresseur thermique 13, sans fluide caloporteur intermédiaire, permet donc d’opérer à des températures plus basses, ce qui améliore l’efficacité du compresseur thermique 13.
Selon un mode de réalisation particulier, la pression dans le réservoir de produit liquide 8 peut être augmentée jusqu’à une valeur de 10 bar par exemple. La nécessité de garantir une haute qualité d’isolation, pour minimiser la quantité de gaz se formant dans le réservoir de produit liquide 8 par le phénomène de « boil off » n’est pas compatible avec un réservoir à très haute pression. Néanmoins il est possible d’atteindre une valeur de 10 bar. Ainsi, le produit de récupération peut être récupéré dans le circuit de récupération 12 à une pression plus élevée, et entre donc dans le premier compresseur thermique 13 à une pression plus élevée. Cela permet d’obtenir une pression de sortie du compresseur thermique 13 plus élevée.
La source chaude d’au moins un compresseur thermique 13 peut être connectée thermiquement à l’air ambiant, avec par exemple un convecteur permettant de favoriser les échanges de chaleur. Cette source chaude permet de consommer peu d’énergie, et peut présenter un différentiel de température suffisant avec la source froide issue du circuit principal 10 pour opérer la compression voulue dans le compresseur thermique 13.
Avec un fluide caloporteur à 163K, et deux compresseurs thermiques 13 multi-étages tel que décrit plus loin disposés l’un en aval de l’autre, chaque compresseur thermique 13 utilisant comme source froide le circuit principal 10 et une source chaude connectée thermiquement l’air ambiant, on peut alors atteindre un rapport de compression de l’ordre de 20. Par exemple avec une pression du produit de récupération à 10 bar en entrée du premier compresseur thermique 13, on peut ainsi obtenir une pression de sortie du deuxième compresseur thermique 13 aux environs de 200 bar. Selon les applications, et notamment le débit de produit de récupération et le niveau de pression voulu en sortie du au moins un compresseur thermique 13, un compresseur thermique 13 unique peut suffire, ou on peut disposer plus de deux compresseurs thermiques 13 en série.
Alternativement, si l’on souhaite une source chaude plus chaude pour obtenir un plus grand différentiel de température avec la source froide, et donc un plus grand rapport de pressions entre l’entrée et la sortie du compresseur thermique 13, la source chaude d’au moins un compresseur thermique 13 peut être connectée à une source de chaleur fatale, ce qui permet d’optimiser la consommation d’énergie du système, à un chauffage électrique, ou à toute autre source chaude connue par l’homme du métier et convenant à un compresseur thermique, comme illustré aux à 6.
Enfin la source chaude d’au moins un compresseur thermique peut être liée à un dispositif de combustion catalytique d’une partie du produit « boil-off » s’évaporant à l’intérieur du réservoir de produit liquide 8. Dans ce cas, une partie seulement du produit « boil-off » est envoyée dans le circuit de récupération 12, et une autre partie du produit « boil-off » est envoyé dans le dispositif de combustion catalytique.
Ces modes de réalisation peuvent permettre d’obtenir des pressions plus élevées, comme celles nécessitées dans une station-service, 350 ou 700 bar selon les applications. Toutefois pour obtenir des pressions de cet ordre, tout en utilisant un compresseur thermique 13 multi-étages, il est nécessaire d’augmenter le nombre de réservoirs utilisés dans le compresseur et donc le nombre d’étapes et la complexité du procédé associé.
Selon un mode particulier de l’invention illustré en , le système selon l’invention comporte au moins deux compresseurs thermiques 13 en série, la source froide d’un premier compresseur thermique étant configurée pour recevoir de l’énergie froide du circuit principal 10, et la source chaude d’un deuxième compresseur thermique 13 étant configurée plus chaude que l’air ambiant. La source froide du deuxième compresseur thermique 13 peut alors être connectée thermiquement à l’air ambiant. Cette source froide permet de consommer peu d’énergie, et peut présenter un différentiel de température suffisant avec la source chaude pour opérer la compression voulue dans le deuxième compresseur thermique 13.
En reprenant l’exemple ci-dessus, avec une pression d’entrée du premier compresseur thermique 13 de 10 bar et une pression de sortie de 200 bar, on peut configurer le deuxième compresseur thermique 13 avec un rapport de pression de 1,75, ou 3,5, pour obtenir une pression de sortie de 350 bar, respectivement 700 bar, en maintenant un rendement énergétique attractif.
De telles valeurs numériques sont données à titre d’exemple et ne limitent nullement la portée de l’invention ; l’homme du métier saura configurer le système pour répondre au mieux aux besoins de chaque application.
Dans un autre mode de réalisation particulier de l’invention, illustré en , le système selon l’invention comporte au moins deux compresseurs thermiques 13 en série, chacun permettant de faire passer un pallier de compression au produit de récupération :
  • un premier compresseur thermique 13 a sa source froide configurée pour recevoir de l’énergie froide du circuit principal 10, et sa source chaude connectée thermiquement à l’air ambiant, et
  • un deuxième compresseur thermique 13, situé en aval du premier compresseur thermique, a sa source froide configurée pour recevoir de l’énergie froide du circuit principal 10, et sa source chaude connectée thermiquement à une source de chaleur fatale, à un chauffage électrique, ou à un dispositif de combustion catalytique d’une partie du produit « boil-off » s’évaporant à l’intérieur du réservoir de produit liquide 8.
Cette disposition ( et 6) de deux compresseurs thermiques 13 en série est particulièrement avantageuse lorsque la quantité d’énergie froide issue du circuit principal 10, et le différentiel avec la température de l’air ambiant, ne suffit pas à comprimer le produit de récupération au niveau de pression requis. On a ainsi un premier pallier de compression effectué dans le premier compresseur thermique 13, insuffisant mais peu consommateur en énergie. Le deuxième compresseur thermique 13, qui lui est plus grand consommateur d’énergie de par sa source chaude, peut amener le produit de récupération au niveau de pression requise, l’étape de pré-compression effectuée par le premier compresseur thermique lui permettant de partir d’une pression d’entrée plus élevée.
Dans le cas où les deux compresseurs thermiques 13 ci-dessus sont tels que leur source froide est configurée pour recevoir de l’énergie froide du circuit principal 10 ( ), le système peut comporter un premier circuit froid 14 au niveau du premier compresseur thermique 13 dans lequel circule un fluide caloporteur à une température comprise entre 163K et 180K, et un deuxième circuit froid 14 au niveau du deuxième compresseur thermique 13 dans lequel circule un fluide caloporteur à une température comprise entre 163K et 233K. En effet le produit principal étant en sortie du réservoir de produit liquide 8 à une température comprise entre 0K et 163K, le fluide caloporteur ne pouvant descendre sous les 163K n’est capable de capter qu’une partie de l’énergie froide contenue dans le produit principal. L’usage d’un deuxième circuit froid permet d’utiliser une plus grande partie de cette énergie froide. La présence de deux circuits froids 14 permet donc d’optimiser l’utilisation de l’énergie froide dégagée par le produit principal dans le circuit principal 10. Selon les applications, le système selon l’invention peut comporter trois compresseurs thermiques 13 en série ou plus, chacun relié à un circuit froid 14, pour profiter au mieux de cet avantage.
Le système de transformation selon l’invention peut être utilisé dans un procédé de transformation d’un produit se trouvant dans un réservoir de produit liquide 8. Ce procédé comprend les étapes suivantes :
  • dans un circuit principal 10 :
    • extraction d’un produit principal à l’état liquide hors dudit réservoir de produit liquide 8,
    • le cas échéant, évaporation du produit principal 10,
    • le cas échéant, transfert dudit produit principal vers un réservoir principal de produit gazeux 9,
  • dans un circuit de récupération 12 :
    • évaporation de produit liquide dans ledit réservoir de produit liquide 8 pour obtenir un produit de récupération à l’état gazeux,
    • transfert dudit produit de récupération vers un compresseur thermique 13,
    • dans ledit compresseur thermique 13, compression dudit produit de récupération au moins en partie par élévation de la température dudit produit de récupération ou d’un agent intermédiaire tel qu’un hydrure métallique, grâce à une source froide et une source chaude, ladite source froide recevant de l’énergie froide dudit circuit principal 10,
    • le cas échéant, transfert du produit de récupération comprimé par ledit compresseur thermique 13 vers ledit réservoir principal de produit gazeux 9 ou vers un réservoir de récupération de produit gazeux 9.
Comme mentionné ci-dessus, il est avantageux d’utiliser dans la présente invention un compresseur thermique 13 de type multi-étages tel qu’illustré dans les à 10.
Dans la présente demande, l’expression « compresseur thermique multi étages » est utilisée exclusivement pour décrire un compresseur thermique du type décrit ci-après, et illustré dans les à 10. Le compresseur thermique 13 multi-étages, illustré en , comporte une source amont 1, une cible 2, et un ou plusieurs groupes de réservoirs 3.
Le compresseur thermique 13 multi-étages permet de comprimer du gaz à partir d’une source amont 1, à laquelle le gaz est à une pression P0, jusqu’à une pression Pcible. Dans la présente invention, le gaz comprimé par le compresseur thermique 13 multi-étages est le produit de récupération.
Les réservoirs 3 sont aptes à contenir un certain volume dudit gaz de façon étanche. A l’intérieur d’un groupe, les réservoirs 3 ont tous de préférence le même volume, par exemple 50 litres.
Le compresseur thermique 13 multi-étages comporte un moyen de chauffage 4 et un moyen de refroidissement 5 du contenu de chaque réservoir 3. Le moyen de chauffage 4 récupère de l’énergie thermique, ou des calories, auprès d’une source chaude, et le moyen de refroidissement 5 récupère de l’énergie froide, ou des frigories, auprès d’une source froide. Les moyens de chauffage 4 et refroidissement 5 permettent par exemple d’amener un fluide caloporteur au contact du contenu de chaque réservoir 3. Si le fluide caloporteur est plus chaud, respectivement plus froid, que le contenu d’un réservoir 3, il peut être utilisé pour réchauffer, respectivement refroidir, ledit contenu.
Le moyen de chauffage 4 peut également être une résistance électrique plongée dans le réservoir.
La source chaude du compresseur thermique 13 multi-étages, ou de tout autre type de compresseur thermique 13 utilisé dans la présente invention, peut être reliée à un électrolyseur ou une unité de production de dihydrogène par biomasse. Ainsi si le gaz est du dihydrogène, la chaleur générée pour produire ce dihydrogène peut être récupérée dans le compresseur thermique 13. Selon le lieu d’installation du compresseur thermique 13 multi-étages, d’autres sources de chaleur fatale disponibles localement peuvent constituer la source chaude pour réduire les coûts de l’énergie consommée. Il peut s’agir par exemple d’un lieu de collecte de déchet, ou de tout autre site industriel dans lequel de la chaleur est produite.
Le compresseur thermique 13 multi-étages comporte encore des moyens de transfert 6a permettant de transférer du gaz directement de la source amont 1 à chaque réservoir 3 d’un groupe, et des moyens de transfert 6b permettant de transférer du gaz directement de chaque réservoir 3 d’un groupe à la cible 2. Un transfert direct désigne ici un transfert qui ne passe ni par un autre réservoir 3 du même groupe ou d’un autre groupe, ni par la source amont 1 ou la cible 2.
Le compresseur thermique 13 multi-étages comporte enfin des moyens de transfert bidirectionnels 7 permettant de transférer du gaz directement de chaque réservoir d’un groupe, vers chaque autre réservoir du même groupe. Un transfert direct désigne ici un transfert qui ne passe ni par un autre réservoir 3 du même groupe ou d’un autre groupe, ni par la source amont 1 ou la cible 2. Ainsi en considérant n’importe quelle paire de réservoirs 3 d’un même groupe, il est possible de transférer du gaz directement entre ces deux réservoirs 3, dans les deux directions.
Le compresseur thermique 13 multi-étages peut être utilisé selon un procédé cyclique de compression thermique d’un gaz dans une pluralité de réservoirs 3 d’au moins un groupe. Chaque cycle comporte pour chaque réservoir 3a de chaque groupe les étapes suivantes :
  • refroidissement du gaz contenu dans le réservoir 3a, à une température froide T1, et transfert de gaz de la source amont 1 vers ledit réservoir 3a. A l’issue de cette étape, le réservoir 3a contient du gaz à une pression P0 et une température T1.
  • transfert de gaz d’un autre réservoir donneur 3 vers ledit réservoir 3a. Le réservoir donneur 3 est celui dont le gaz est à la pression la plus basse parmi les réservoirs 3 du même groupe dont le gaz est à une pression et une température supérieures au gaz contenu dans ledit réservoir 3a. Le transfert a lieu automatiquement à l’ouverture du moyen de transfert bidirectionnel 7 entre le réservoir 3a et le réservoir donneur 3, jusqu’à égalisation des pressions dans le réservoir 3a et le réservoir donneur 3. C’est lors de cette étape que le gaz contenu dans ledit réservoir 3a est comprimé. A l’issue de la première occurrence de cette étape, le réservoir 3a contient du gaz à une pression P1 et une température T1. Cette étape peut être répétée plusieurs fois, tant qu’il y a un autre réservoir 3 dudit groupe dont le gaz est à une pression et une température supérieures que le gaz contenu dans ledit réservoir 3a. L’étape peut par exemple être répétée deux fois si le groupe comporte trois réservoirs 3, ou trois fois si le groupe comporte quatre réservoirs 3. Chaque répétition de cette étape permet au réservoir 3a de monter un étage de pression. A l’issue de cette étape, le réservoir 3a contient du gaz à une pression PK et une température T1, avec K égal au nombre de répétitions de l’étape de transfert.
  • réchauffement du gaz contenu dans le réservoir 3a, à une température chaude T2, ce qui permet de monter un dernier étage de pression, et transfert de gaz dudit réservoir 3a vers la cible 2. A l’issue de cette étape, le réservoir 3a contient du gaz à une pression PK+1 et une température T2. La pression PK+1 est proche de, ou égale à la pression Pcible.
  • transfert de gaz dudit réservoir 3a vers un autre réservoir receveur 3. Le réservoir receveur 3 est celui dont le gaz est à la pression la plus haute parmi les réservoirs 3 du même groupe dont le gaz est à une pression et une température inférieures au gaz dudit réservoir 3a. Le transfert a lieu automatiquement à l’ouverture du moyen de transfert bidirectionnel 7 entre le réservoir 3a et le réservoir receveur 3, jusqu’à égalisation des pressions dans ledit réservoir 3a et ledit réservoir receveur 3. A l’issue de la première occurrence de cette étape, le réservoir 3a contient du gaz à une pression proche ou égale à PK et une température T2. Cette étape peut être répétée plusieurs fois, tant qu’il y a un autre réservoir 3 dudit groupe dont le gaz est à une pression et une température inférieures au gaz du réservoir 3a. L’étape peut par exemple être répétée deux fois si le groupe comporte trois réservoirs 3, ou trois fois si le groupe comporte quatre réservoirs 3. Chaque répétition de cette étape permet au réservoir 3a de faire monter à un autre réservoir 3 du même groupe un étage de pression. A l’issue de cette étape et de sa répétition jusqu’au bout, le réservoir 3a contient du gaz à une pression proche ou égale à P1 et une température T2.
Dans le cas où tous les réservoirs 3 du groupe ont un volume identique, on peut également déterminer la quantité de gaz dans le réservoir 3 à chaque étape :
  • à l’issue de l’étape de refroidissement et transfert de la source amont 1, le réservoir 3a contient n0 moles de gaz,
  • à l’issue d’une occurrence de l’étape de transfert d’un réservoir donneur 3 vers ledit réservoir 3a, ledit réservoir 3a contient n1 moles de gaz,
  • à l’issue de toute l’étape de transfert d’un ou plusieurs réservoirs donneurs 3 vers ledit réservoir 3a, ledit réservoir 3a contient nK moles de gaz,
  • à l’issue de l’étape de réchauffement et transfert vers la cible 2, le réservoir 3a contient nK-1 moles de gaz,
  • à l’issue d’une occurrence de l’étape de transfert dudit réservoir 3a vers un réservoir receveur 3, ledit réservoir 3a contient nK-2 moles de gaz,
  • à l’issue de toute l’étape de transfert dudit réservoir 3a vers un ou plusieurs réservoirs receveurs, ledit réservoir 3a contient n-1 moles de gaz.
L’étape de refroidissement du gaz contenu dans le réservoir et transfert de gaz de la source amont 1 vers ledit réservoir 3a est effectuée successivement pour chaque réservoir 3 dudit groupe, et non pas pour plusieurs réservoirs 3 en même temps. Ainsi les réservoirs 3 du groupe passent chacun à leur tour par cette étape, puis suivent le même cycle simultanément, chacun avec un décalage temporel par rapport aux autres.
Au cours de ce procédé, la compression thermique du gaz se fait en ouvrant le moyen de transfert entre deux réservoirs 3, le réservoir 3 dans lequel le gaz est le plus comprimé permettant au gaz dans l’autre réservoir 3 de monter en pression. Le réservoir 3 qui reçoit le gaz est dans un état froid et le réservoir 3 qui donne le gaz est dans un état chaud. Ceci permet qu’avec un nombre de moles équivalent de gaz dans les deux réservoirs 3, le réservoir 3 chaud ait une pression supérieure et puisse donner du gaz et augmenter la pression dans le réservoir 3 froid. Au cours de chaque cycle, chaque réservoir 3 passe ainsi par une montée en pression dans un état froid, puis une descente en pression dans un état chaud. Au cours d’un cycle suivi par un réservoir 3, celui-ci n’a donc besoin d’être réchauffé et refroidi qu’une fois.
De préférence lors de l’étape de transfert de gaz d’un autre réservoir 3 du même groupe dont le gaz est à une pression et une température supérieures vers ledit réservoir 3, le gaz transféré est refroidi. Ceci permet de conserver une température froide dans le réservoir 3 qui reçoit le gaz chaud, et de conserver ainsi le différentiel de température avec les autres réservoirs 3 chauds. Le gaz transféré peut être refroidi avant son arrivée dans le réservoir 3, par exemple dans le moyen de transfert bidirectionnel 7 entre les deux réservoirs 3. Alternativement, le gaz transféré peut être refroidi après son arrivée dans le réservoir 3, en refroidissant l’ensemble du contenu du réservoir 3, par exemple par le moyen de refroidissement 5. Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, le contenu d’un réservoir 3 refroidi à la température froide T1 est conservé à la température froide T1 jusqu’à l’étape de réchauffement. De même, le contenu d’un réservoir 3 réchauffé à la température chaude T2 est de préférence conservé à la température chaude T2 jusqu’à l’étape de refroidissement. Ceci permet de toujours bénéficier du différentiel de température entre T1 et T2 lorsque l’on connecte un réservoir 3 chaud à un réservoir 3 froid pour faire monter ce dernier en pression.
Afin d’optimiser le cycle du procédé d’utilisation du compresseur thermique 13 multi-étages, au moins deux étapes du procédé peuvent être réalisées simultanément. Une première étape inclue un transfert de gaz entre une première et une deuxième entité, ces deux entités étant la source amont 1 et un réservoir 3, deux réservoirs 3, ou un réservoir 3 et la cible 2, et une deuxième étape inclue un transfert de gaz entre une troisième et une quatrième entité, ces deux entités étant la source amont 1 et un réservoir 3, deux réservoirs 3, ou un réservoir 3 et la cible 2. La première, deuxième, troisième et quatrième entités étant quatre entités distinctes.
Par exemple, l’étape de transfert de gaz de la source amont 1 vers un premier réservoir 3a, …, 3h a lieu simultanément avec l’étape de transfert de gaz d’un deuxième réservoir 3a, …, 3h vers un réservoir receveur 3 ou vers la cible 2. Ainsi lorsque certains réservoirs 3 du compresseur thermique 13 multi-étages effectuent certaines étapes, d’autres réservoirs 3 effectuent d’autres étapes du procédé, ce qui permet de gagner du temps.
Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, afin d’optimiser la consommation en énergie du procédé d’utilisation du compresseur thermique 13 multi-étages, lors de l’étape de refroidissement du gaz contenu dans un premier réservoir 3a, …, 3h, il est possible d’utiliser de la chaleur extraite dudit premier réservoir 3a, …, 3h dans l’étape de réchauffement du gaz contenu dans un deuxième réservoir 3a, …, 3h. On peut par exemple faire circuler un fluide caloporteur du premier réservoir 3a, …, 3h vers le deuxième réservoir 3a, …, 3h.
Un groupe de réservoirs 3 comporte au moins deux réservoirs 3, par exemple trois, de préférence quatre réservoirs 3. Le choix du nombre de réservoirs 3 se fait, avec les autres paramètres du compresseur thermique 13 multi-étages, en fonction du nombre d’étages nécessaires pour comprimer le gaz de la pression P0 à la source amont 1 à la pression Pcible voulue à la cible 2. Les autres paramètres à ajuster sont notamment les volumes des réservoirs 3, et les températures T1 et T2 à laquelle les réservoirs 3 sont réchauffés et refroidis. Il est avantageux d’avoir un nombre pair de réservoirs 3 dans un groupe. Ceci permet qu’à chaque étape du procédé, une des étapes du procédé ait lieu dans chaque réservoir 3.
Le compresseur thermique 13 multi-étages peut comporter un groupe unique de réservoirs 3, de préférence il comporte deux groupes de réservoirs 3. En effet le nombre total d’étapes du cycle décrit ci-dessus, en comptant les répétitions de la deuxième et la quatrième étape, est égal au double du nombre de réservoirs 3 dans un groupe. Lorsque le compresseur thermique 13 multi-étages comprend un groupe unique, seule la moitié des étapes peuvent donc être effectuées au même moment par un des réservoirs 3. Les étapes de transfert de gaz de la source amont 1 et vers la cible 2, notamment, n’ont pas lieu pour un groupe unique à chaque étape du cycle. Il peut donc être prévu d’avoir deux groupes opérant en parallèle, ce qui permet d’avoir, à chaque étape du cycle, du gaz transféré de la source amont 1 vers un des réservoirs 3 du compresseur thermique 13 multi-étages, et d’un des réservoirs 3 du compresseur thermique 13 multi-étages vers la cible 2. Le nombre de réservoirs dans chaque groupe peut être différent, mais afin d’obtenir l’avantage cité ci-dessus pour deux groupes, il est nécessaire que les deux groupes aient soit un nombre pair, soit un nombre impair de réservoirs.
Selon un mode de réalisation particulier du compresseur thermique 13 multi-étages, on peut prévoir des réservoirs 3 supplémentaires pour permettre d’effectuer le réchauffement et le refroidissement en plusieurs étapes. Ceci est intéressant si les étapes de réchauffement et refroidissement prennent plus de temps que les étapes de transfert ; typiquement si ces étapes prennent deux fois plus de temps que les étapes de transfert, il peut être intéressant d’effectuer le réchauffement et le refroidissement en deux étapes.
Selon un autre mode de réalisation particulier du compresseur thermique 13 multi-étages, on peut prévoir une installation qui fonctionne dans un premier temps entre une première pression de source P0 et une pression cible P1. Puis dans un deuxième temps, on peut prélever une partie du gaz à la pression P1 et en faire une source à la pression P1. Le dispositif élève alors la pression à une pression P2. On peut poursuivre en autant de temps que nécessaire pour atteindre finalement la pression cible visée.
Afin d’optimiser la consommation d’énergie, la température de la source de froid, et donc de refroidissement T1, peut être la plus basse possible, c’est à-dire par exemple la température ambiante ou la température de la source de froid la plus basse disponible sur le site d’utilisation.
Le compresseur thermique 13 multi-étages est particulièrement avantageux pour des installations de petite taille, avec un débit de sortie de gaz à la cible 2 par exemple compris entre 1 et 100 kg par heure.
La illustre un exemple de mode de réalisation du compresseur thermique 13 multi-étages dans lequel il comporte un groupe de deux réservoirs 3a, 3b. Les volumes des réservoirs 3a, 3b sont égaux. Sur la , les flèches illustrent les flux de gaz. L’état de chaque réservoir est noté après que les transferts de gaz soient terminés.
Le cycle comporte quatre étapes :
  • étape A :
    • le gaz contenu dans le réservoir 3a est chauffé à la température T2 et une partie de ce gaz est transféré vers la cible 2. A l’issue de cette étape, le réservoir 3a contient n0 moles de gaz, à pression P2 = Pcible, et à température T2.
    • le gaz contenu dans le réservoir 3b est refroidi à la température T1 et du gaz est transféré de la source amont 1 vers le réservoir 3b. A l’issue de cette étape, le réservoir 3b contient n0 moles de gaz, à pression P0, et à température T1.
  • étape B :
    • le moyen de transfert bidirectionnel 7 est ouvert entre les réservoirs 3a et 3b, ce qui provoque un transfert de gaz du réservoir 3a vers le réservoir 3b. A l’issue de cette étape, le réservoir 3a contient n-1 moles de gaz, à pression P1, et à température T2, et le réservoir 3b contient n1 moles de gaz, à pression P1, et à température T1.
Les étapes C et D sont identiques aux étapes A et B, en intervertissant les réservoirs 3a et 3b. A l’issue de l’étape D, le cycle peut reprendre à l’étape A.
Les figures 9 et 10 illustrent un exemple de mode de réalisation dans lequel le compresseur thermique 13 multi-étages comporte deux groupes de quatre réservoirs 3a à 3d et 3e à 3h. Les volumes des réservoirs 3a à 3d sont égaux. Les volumes des réservoirs 3e à 3h sont égaux. Sur les figures 9 et 10, les flèches illustrent les flux de gaz. L’état de chaque réservoir est noté après que les transferts de gaz soient terminés.
Le cycle comporte huit étapes A à H. Nous allons décrire le cycle suivi par le réservoir 3a :
  • étape A : le gaz contenu dans le réservoir 3a est refroidi à la température T1 et du gaz est transféré de la source amont 1 vers le réservoir 3a. A l’issue de cette étape, le réservoir 3a contient n0 moles de gaz, à pression P0, et à température T1,
  • étape B : le moyen de transfert bidirectionnel 7 est ouvert entre les réservoirs 3a et 3b, ce qui provoque un transfert de gaz du réservoir 3b vers le réservoir 3a. A l’issue de cette étape, le réservoir 3a contient n1 moles de gaz, à pression P1, et à température T1.
  • étape C : le moyen de transfert bidirectionnel 7 est ouvert entre les réservoirs 3a et 3d, ce qui provoque un transfert de gaz du réservoir 3d vers le réservoir 3a. A l’issue de cette étape, le réservoir 3a contient n2 moles de gaz, à pression P2, et à température T1.
  • étape D : le moyen de transfert bidirectionnel 7 est ouvert entre les réservoirs 3a et 3c, ce qui provoque un transfert de gaz du réservoir 3c vers le réservoir 3a. A l’issue de cette étape, le réservoir 3a contient n3 moles de gaz, à pression P3, et à température T1.
  • étape E : le gaz contenu dans le réservoir 3a est chauffé à la température T2 et une partie de ce gaz est transféré vers la cible 2. A l’issue de cette étape, le réservoir 3a contient n2 moles de gaz, à pression P4 = Pcible, et à température T2.
  • étape F : le moyen de transfert bidirectionnel 7 est ouvert entre les réservoirs 3a et 3b, ce qui provoque un transfert de gaz du réservoir 3a vers le réservoir 3b. A l’issue de cette étape, le réservoir 3a contient n1 moles de gaz, à pression P3, et à température T2.
  • étape G : le moyen de transfert bidirectionnel 7 est ouvert entre les réservoirs 3a et 3d, ce qui provoque un transfert de gaz du réservoir 3a vers le réservoir 3d. A l’issue de cette étape, le réservoir 3a contient n0 moles de gaz, à pression P2, et à température T2.
  • étape H : le moyen de transfert bidirectionnel 7 est ouvert entre les réservoirs 3a et 3c, ce qui provoque un transfert de gaz du réservoir 3a vers le réservoir 3c. A l’issue de cette étape, le réservoir 3a contient n-1 moles de gaz, à pression P1, et à température T2. A l’issue de l’étape H, le cycle peut reprendre à l’étape A.
Tous les réservoirs 3a à 3h suivent le cycle ci-dessus, en échangeant bien sûr avec les réservoirs 3 pertinents à chaque étape de transfert :
  • le réservoir 3b commence le cycle ci-dessus à l’étape C,
  • le réservoir 3c commence le cycle ci-dessus à l’étape G,
  • le réservoir 3d commence le cycle ci-dessus à l’étape E,
  • le réservoir 3e commence le cycle ci-dessus à l’étape B,
  • le réservoir 3f commence le cycle ci-dessus à l’étape D,
  • le réservoir 3g commence le cycle ci-dessus à l’étape H,
  • le réservoir 3h commence le cycle ci-dessus à l’étape F,
La présence de deux groupes dans le compresseur thermique 13 multi-étages permet ici d’avoir, lors de chaque étape du cycle, un réservoir 3 recevant du gaz de la source amont 1 et un réservoir 3 envoyant du gaz vers la cible 2. En effet par exemple à l’étape A c’est le réservoir 3d du premier groupe de réservoirs 3 qui envoie du gaz vers la cible 2, à l’étape B c’est le réservoir 3h du deuxième groupe de réservoirs 3, puis à l’étape C le réservoir 3c du premier groupe de réservoirs 3, et ainsi de suite. Par ailleurs, à l’étape A c’est le réservoir 3a, du premier groupe de réservoirs 3, qui reçoit du gaz venant de la source amont 1, à l’étape B c’est le réservoir 3e du deuxième groupe de réservoirs 3, puis à l’étape C le réservoir 3b du premier groupe de réservoirs 3, et ainsi de suite.
En considérant cet exemple de réalisation, et en effectuant les étapes de réchauffement et refroidissement sur la durée de deux étapes de transfert, cela conduit à prévoir dix réservoirs 3 au lieu de huit. Les dix réservoirs constituent alors un seul groupe, et chaque réservoir 3 peut être mis en lien avec trois autres réservoirs 3 parmi les dix, par des moyens de transfert bidirectionnels ; chaque réservoir 3 doit bien entendu aussi être mis en lien avec la source et la cible par des moyens de transfert.
Bien que la description ci-dessus se base sur des modes de réalisation particuliers, elle n’est nullement limitative de la portée de l’invention, et des modifications peuvent être apportées, notamment par substitution d’équivalents techniques ou par combinaison différente de tout ou partie des caractéristiques développées ci-dessus.

Claims (12)

  1. Système de transformation d’un produit, ledit produit étant à l’état gazeux lorsqu’il se trouve à une pression de 1 bar et une température de 283K, ledit système comprenant :
    • au moins un réservoir de produit liquide (8),
    • un circuit principal (10) configuré pour extraire un produit principal à l’état liquide du réservoir de produit liquide, et
    • un circuit de récupération (12) comprenant au moins un compresseur thermique (13) configuré pour comprimer un gaz au moins en partie par élévation de température dudit gaz ou d’un agent intermédiaire tel qu’un hydrure métallique, grâce à une source froide et une source chaude, et des moyens de transfert permettant de transférer un produit de récupération résultant d’une évaporation à l’intérieur du réservoir de produit liquide (8) vers un desdits au moins un compresseur thermique (13), la source froide d’au moins un desdits compresseurs thermiques (13) étant configurée pour recevoir de l’énergie froide dudit circuit principal (10).
  2. Système de transformation d’un produit selon la revendication précédente, dans lequel le circuit principal (10) comprend au moins un évaporateur (11) et des moyens de transfert permettant de transférer un produit principal à l’état liquide du réservoir de produit liquide (8) vers un desdits au moins un évaporateur (11).
  3. Système selon la revendication précédente, dans lequel ladite source froide d’au moins un desdits au moins un compresseur thermique (13) comporte un circuit froid (14) configuré pour être parcouru par un fluide caloporteur connecté thermiquement audit évaporateur (11).
  4. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite source froide d’au moins un desdits au moins un compresseur thermique (13) comporte un circuit froid (14) configuré pour être parcouru par ledit produit principal.
  5. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la source chaude d’au moins un desdits au moins un compresseur thermique (13) est connectée thermiquement à l’air ambiant.
  6. Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit de récupération comprend :
    • au moins un premier compresseur thermique (13), dont la source froide est configurée pour recevoir de l’énergie froide dudit circuit principal (10) et la source chaude est connectée thermiquement à l’air ambiant, et
    • en aval dudit au moins un premier compresseur thermique (13) par rapport au mouvement dudit deuxième produit gazeux, au moins un deuxième compresseur thermique (13), dont la source froide est configurée pour recevoir de l’énergie froide dudit circuit principal (10) ou de l’air ambiant et la source chaude est connectée thermiquement à une source de chaleur fatale ou à un chauffage électrique.
  7. Système selon l’une des revendications précédentes dans lequel au moins un desdits au moins un compresseur thermique (13) est un compresseur thermique (13) de type multi-étages comportant une source amont (1), une cible (2), et au moins un groupe de réservoirs (3) comprenant chacun au moins deux réservoirs (3), ledit compresseur thermique (13) comportant en outre un moyen de chauffage (4) et un moyen de refroidissement (5) du contenu de chaque réservoir (3), ledit moyen de chauffage étant connecté à ladite source chaude et ledit moyen de refroidissement étant connecté à la source froide, chaque groupe comportant encore :
    • des moyens de transfert (6a, 6b) permettant de transférer du gaz directement de ladite source amont (1) à chaque réservoir (3) et directement de chaque réservoir (3) à ladite cible (2), et
    • pour chaque réservoir (3) dudit groupe, des moyens de transfert bidirectionnels (7) permettant de transférer du gaz directement entre ce réservoir (3) et au moins un autre réservoir (3) dudit groupe.
  8. Procédé de transformation d’un produit se trouvant dans un réservoir de produit liquide (8), ledit produit étant un produit qui est à l’état gazeux lorsqu’il se trouve à une pression de 1 bar et une température de 283K, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
    • dans un circuit principal (10) :
      • extraction d’un produit principal à l’état liquide hors dudit réservoir de produit liquide (8),
    • dans un circuit de récupération (12) :
      • évaporation de produit liquide dans ledit réservoir de produit liquide (8) pour obtenir un produit de récupération à l’état gazeux,
      • transfert dudit produit de récupération vers au moins un compresseur thermique (13),
      • dans ledit au moins un compresseur thermique (13), compression dudit produit de récupération au moins en partie par élévation de la température dudit produit de récupération ou d’un agent intermédiaire tel qu’un hydrure métallique, grâce à une source froide et une source chaude, ladite source froide recevant de l’énergie froide dudit circuit principal (10).
  9. Procédé selon la revendication précédente, comportant en outre, dans le circuit principal (10), après l’étape d’extraction une étape d’évaporation dudit produit principal.
  10. Procédé selon l’une des revendications 8 à 9, dans lequel la température du produit liquide dans le réservoir de produit liquide (8) est inférieure à 123 K.
  11. Procédé selon l’une des revendications 8 à 10, dans lequel la pression du produit gazeux en aval desdits au moins un compresseur thermique (13) est supérieure ou égale à 300 bar.
  12. Procédé selon l’une des revendications 8 à 11, dans lequel ladite compression du produit de récupération se fait au moins en partie par un procédé cyclique de compression thermique d’un gaz dans une pluralité de réservoirs (3), chaque cycle comportant pour chaque réservoir (3a, …, 3h) de ladite pluralité de réservoirs (3) les étapes suivantes :
    • refroidissement du gaz contenu dans le réservoir (3a, …, 3h) et transfert de gaz d’une source amont (1) vers ledit réservoir (3a, …, 3h),
    • transfert de gaz d’un réservoir donneur (3) vers ledit réservoir (3a, …, 3h), ledit réservoir donneur (3) étant à une pression et une température supérieures au gaz dudit réservoir (3a, …, 3h) et du même groupe, de préférence ledit réservoir donneur (3) étant celui dont le gaz est à la pression la plus basse parmi les réservoirs (3) dudit groupe dont le gaz est à une pression et une température supérieures au gaz dudit réservoir (3a, …, 3h), jusqu’à égalisation des pressions dans ledit réservoir (3a, …, 3h) et ledit réservoir donneur (3), le cas échéant, répétition de cette étape tant qu’il y a un autre réservoir (3) dudit groupe dont le gaz est à une pression et une température supérieures au gaz dudit réservoir (3a, …, 3h),
    • réchauffement du gaz contenu dans le réservoir (3a, …, 3h) et transfert de gaz dudit réservoir (3a, …, 3h) vers une cible (2),
    • transfert de gaz dudit réservoir (3a, …, 3h) vers un réservoir receveur (3), ledit réservoir receveur (3) étant à une pression et une température inférieures au gaz dudit réservoir (3a, …, 3h), de préférence ledit réservoir receveur (3) étant celui dont le gaz est à la pression la plus haute parmi les réservoirs (3) dudit groupe dont le gaz est à une pression et une température inférieures au gaz dudit réservoir (3a, …, 3h), jusqu’à égalisation des pressions dans ledit réservoir (3a, …, 3h) et ledit réservoir receveur (3), le cas échéant, répétition de cette étape tant qu’il y a un autre réservoir (3) dudit groupe dont le gaz est à une pression et une température inférieures au gaz dudit réservoir (3a, …, 3h),
    l’étape de refroidissement du gaz contenu dans le réservoir (3a, …, 3h) et transfert de gaz de la source vers ledit réservoir (3a, …, 3h) étant effectuée successivement pour chaque réservoir (3) dudit groupe.
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