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FR3133430A1 - HEAT PUMP WITH TWO THERMAL ENERGY STORAGE AND RELEASE SYSTEMS - Google Patents

HEAT PUMP WITH TWO THERMAL ENERGY STORAGE AND RELEASE SYSTEMS Download PDF

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FR3133430A1
FR3133430A1 FR2202181A FR2202181A FR3133430A1 FR 3133430 A1 FR3133430 A1 FR 3133430A1 FR 2202181 A FR2202181 A FR 2202181A FR 2202181 A FR2202181 A FR 2202181A FR 3133430 A1 FR3133430 A1 FR 3133430A1
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heat
heat pump
cold
temperature
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Christophe Poncelet
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Individual
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Abstract

L’invention concerne une pompe à chaleur dans laquelle : - au moins l’un des au moins deux systèmes de stockage d’énergie thermique est configuré pour stocker de l’énergie thermique sous forme de chaleur à une température comprise entre + 100°C et + 800°C, - au moins l’un des au moins deux systèmes de stockage d’énergie thermique est configuré pour stocker de l’énergie thermique sous forme de froid à une température comprise entre - 100°C et + 20°C ; et - au moins un système de restitution d’énergie thermique est configuré pour restituer de manière séparée ou parallèle dans le temps la chaleur et/ou le froid, ou - au moins un système de restitution d’énergie thermique est configuré pour un fonctionnement d’une restitution parallèle pouvant être alternée avec un fonctionnement en restitution séparée dans le temps de la chaleur et/ou du froid. Figure de l’abrégé : Fig. 1 The invention relates to a heat pump in which: - at least one of the at least two thermal energy storage systems is configured to store thermal energy in the form of heat at a temperature between + 100°C and + 800°C, - at least one of the at least two thermal energy storage systems is configured to store thermal energy in the form of cold at a temperature between - 100°C and + 20°C; And - at least one thermal energy restitution system is configured to restore heat and/or cold separately or in parallel over time, or - at least one thermal energy restitution system is configured for parallel restitution operation which can be alternated with operation in separate restitution over time of heat and/or cold. Abstract Figure: Fig. 1

Description

POMPE A CHALEUR A DEUX SYSTEMES DE STOCKAGE ET RESTITUTION D’ENERGIE THERMIQUEHEAT PUMP WITH TWO THERMAL ENERGY STORAGE AND RELEASE SYSTEMS

L’invention se rapporte à une pompe à chaleur, préférentiellement électrique, comprenant au moins deux systèmes de stockages d’énergie thermique permettant des restitutions d’énergie thermique comprises entre - 100°C et + 800°C, en particulier des restitutions d’énergie thermique sous forme de chaleur à une température comprise entre + 100°C et + 800°C et/ou de froid à une température comprise entre - 100°C et + 20°C, ainsi qu’un procédé de fourniture de telles énergie thermiques par l’utilisation d’une telle pompe à chaleur.The invention relates to a heat pump, preferably electric, comprising at least two thermal energy storage systems allowing thermal energy restitutions of between - 100°C and + 800°C, in particular restitutions of thermal energy in the form of heat at a temperature between + 100°C and + 800°C and/or cold at a temperature between - 100°C and + 20°C, as well as a method for supplying such energy thermal by the use of such a heat pump.

Dans son rapport de 2019 (Decarbonizing the Electricity sector & Beyond ; a report from the 2019 ASPEN Winter Energy Roundtable), le « ASPEN Winter Energy Roundtable » a identifié cinq éléments de base impliqués dans la réalisation d'une décarbonation profonde du système énergétique :In its 2019 report (Decarbonizing the Electricity sector &Beyond; a report from the 2019 ASPEN Winter Energy Roundtable), the ASPEN Winter Energy Roundtable identified five core elements involved in achieving deep decarbonization of the energy system:

1. utiliser au maximum l'efficacité énergétique afin de réduire les besoins énergétiques à satisfaire ;1. use energy efficiency as much as possible in order to reduce the energy needs to be met;

2. décarboner l'approvisionnement en électricité ;2. decarbonize the electricity supply;

3. l'électrification à l'échelle de l'économie pour pousser l'électricité propre vers d'autres secteurs ;3. economy-wide electrification to push clean electricity to other sectors;

4.utiliser des carburants sans carbone pour les zones restantes qui ne peuvent pas être efficacement électrifiées ; et4.use carbon-free fuels for remaining areas that cannot be effectively electrified; And

5. utiliser la capture, l'utilisation et le stockage du carbone (« CCUS ») et l'élimination du dioxyde de carbone (« CDR ») pour les zones où les combustibles fossiles sont encore nécessaires et pour obtenir des émissions négatives.5. Use carbon capture, utilization and storage (“CCUS”) and carbon dioxide removal (“CDR”) for areas where fossil fuels are still needed and to achieve negative emissions.

On constate de nombreux efforts, d'investissements comme d'innovation dans ces domaines.We are seeing numerous efforts, both investments and innovation, in these areas.

Les efforts au niveau de l’efficacité énergétique de l'industrie sont en particulier :Efforts at the level of energy efficiency in industry are in particular:

- amélioration et investissement dans des technologies renforçant l'efficacité énergétique de, notamment, pompes à chaleur et groupes de froid ; et- improvement and investment in technologies enhancing the energy efficiency of, in particular, heat pumps and refrigeration units; And

- récupérations d'énergie dite « fatale » : utilisation encore une fois de pompes à chaleur, de systèmes ORC (« Organic Rankine Cycle », cycle de Rankine Organique en français) ou de stockage simple (c’est-à-dire une restitution avec rendement inférieur à 1) d'énergie thermique.- so-called “fatal” energy recovery: once again use of heat pumps, ORC systems (“Organic Rankine Cycle” in French) or simple storage (i.e. restitution with yield less than 1) of thermal energy.

L'énergie fatale correspond à l'énergie résiduelle (i.e. perdue si elle n’est pas récupérée) produite par les bâtiments et les industries.Fatal energy corresponds to the residual energy (i.e. lost if not recovered) produced by buildings and industries.

Les efforts au niveau de la décarbonation du réseau électrique et au niveau d’un besoin de flexibilité, notamment de stockage, sont en particulier :Efforts regarding the decarbonization of the electricity network and the need for flexibility, particularly storage, are in particular:

- des investissements massifs dans les énergies renouvelables (éolien, solaire, marémotrice, hydrolienne). Toutefois, l'intermittence de la plupart de ces moyens de production amène un besoin accru en flexibilité, c’est-à-dire une adaptation simultanée de la demande et de la production d'électricité, par exemple :- massive investments in renewable energies (wind, solar, tidal, tidal turbines). However, the intermittency of most of these means of production leads to an increased need for flexibility, that is to say a simultaneous adaptation of demand and production of electricity, for example:

- via le stockage d'électricité ou l'activation de systèmes consommateurs d'électricité en cas d'excès sur le réseau ; et- via the storage of electricity or the activation of electricity consuming systems in the event of excess on the network; And

- via des systèmes de délestage de charges électriques (machines) ou d'utilisation de stockage d'électricité en cas de déficit.- via electrical load shedding systems (machines) or use of electricity storage in the event of a deficit.

C'est dans ce secteur qu’il semble y avoir le plus d'investissement. Historiquement dominé par les systèmes de pompage-turbinage (les centrales de pompage-turbinage sont également appelées STEP pour « Stations de Transfert d'Énergie par Pompage ») et depuis quelques années par les systèmes de batteries Li-Ion de grande échelle, le secteur du stockage d'électricité voit ainsi l'éclosion de nombreuses nouvelles technologies.It is in this sector that there seems to be the most investment. Historically dominated by pumped-storage systems (pumped-storage power plants are also called STEPs for “Pumped Energy Transfer Stations”) and for several years by large-scale Li-Ion battery systems, the sector electricity storage is thus seeing the emergence of many new technologies.

En ce qui concerne l’électrification des procédés industriels à haute température, les besoins et la production de chaleur haute température et de froid sont rarement optimisés à la conception. La fabrication d'équipements de production de chaleur, hautes et très hautes températures (chaudières, brûleurs, fours, vapeur …), étant en soit une spécialité, et la fabrication d'équipements de production de froid, basses et très basses températures (groupes froid, réfrigération, cryogénisation…), étant en soit une autre spécialité, les industries sont séparées. Ceci suit une logique historique et technologique, ce qui en explique la séparation des deux secteurs et leurs caractéristiques spécifiques.Regarding the electrification of high-temperature industrial processes, the needs and production of high-temperature heat and cold are rarely optimized at design. The manufacture of heat production equipment, high and very high temperatures (boilers, burners, ovens, steam, etc.), being in itself a specialty, and the manufacture of cold production equipment, low and very low temperatures (groups cold, refrigeration, cryogenics, etc.), being another specialty in itself, the industries are separated. This follows a historical and technological logic, which explains the separation of the two sectors and their specific characteristics.

Or, les industries finales ont depuis longtemps intégré dans leurs pratiques et des modèles d’affaires, la fiabilité (c’est-à-dire la constante disponibilité) et le faible coût de la chaleur industrielle notamment au gaz et/ou fioul pour leur besoin au-dessus de 100°C. Avec un coût en 2019 autour de 50-55€ du MWh thermique au gaz naturel en France (ADEME, Brochure réf. 010895, Jan. 2020, 51-85€ par MWh), ainsi que dans beaucoup d'autres pays d'Europe (pour des gros sites), il est très difficile aux industriels d'électrifier leurs moyens de production de chaleur - car cela entraînerait un surcoût de la chaleur d'environ 50 % ou plus - ou de les remplacer par des moyens de production sur la base d'énergies renouvelables (là encore : surcoûts et problèmes d'intermittence).However, final industries have long integrated into their practices and business models, the reliability (i.e. constant availability) and the low cost of industrial heat, particularly gas and/or fuel oil, for their need above 100°C. With a cost in 2019 of around €50-55 per natural gas thermal MWh in France (ADEME, Brochure ref. 010895, Jan. 2020, €51-85 per MWh), as well as in many other European countries (for large sites), it is very difficult for manufacturers to electrify their means of heat production - because this would result in an additional cost of heat of around 50% or more - or to replace them with means of production on the renewable energy base (again: additional costs and intermittency problems).

En outre, il est intéressant de remarquer que de nombreux secteurs ont des procédés industriels nécessitant :In addition, it is interesting to note that many sectors have industrial processes requiring:

- de la chaleur à haute température (> 100-120°C et jusqu'à 400°C) ; et- high temperature heat (> 100-120°C and up to 400°C); And

- du froid/réfrigération (jusqu'à -50°C).- cold/refrigeration (up to -50°C).

Par exemple, ces besoins sont retrouvés notamment dans les industries :For example, these needs are found particularly in industries:

- agro-alimentaires (notamment plats cuisinés, nourriture séchée, poudres (lait, café…) ;- agri-food (notably ready-made meals, dried food, powders (milk, coffee, etc.);

- pharmaceutiques (poudres, pilules…) ;- pharmaceuticals (powders, pills, etc.);

- chimiques au sens large (préparation, conditionnement et stockage de produits), tels que pour les produits pétrochimiques (gaz et pétrole, plastiques, caoutchouc,), les adhésifs, etc. ; et- chemical in the broad sense (preparation, packaging and storage of products), such as for petrochemical products (gas and oil, plastics, rubber), adhesives, etc. ; And

- certains supermarchés et gros centres de restauration (en particulier la restauration dite rapide – de l’anglais « fast-foods »).- certain supermarkets and large catering centers (in particular so-called fast food – from the English “fast-foods”).

Dans ce contexte, il est connu de l’état de la technique certains systèmes de pompe à chaleur pour le chauffage et le refroidissement simultanés.In this context, certain heat pump systems for simultaneous heating and cooling are known from the state of the art.

Par exemple, DE102018221850A1 divulgue un système de pompe à chaleur permettant le chauffage et le refroidissement (entre -15°C et 60°C), avec une pompe à chaleur liquide-liquide reliée d'un côté à une source de chaleur et d'un autre côté à un dissipateur thermique présentant en particulier un ballon d'eau chaude.For example, DE102018221850A1 discloses a heat pump system allowing heating and cooling (between -15°C and 60°C), with a liquid-liquid heat pump connected on one side to a heat source and another side to a heat sink having in particular a hot water tank.

JP2016211830A divulgue l’utilisation d'une pompe à chaleur permettant le chauffage et le refroidissement. Plus précisément des gammes de températures divulguées sont comprises entre 0°C et environ 100°C.JP2016211830A discloses the use of a heat pump enabling heating and cooling. More precisely, the temperature ranges disclosed are between 0°C and approximately 100°C.

JP3037649B2 divulgue un système de climatisation déshumidifiant, dans lequel l'efficacité énergétique du système de climatisation dans son ensemble est augmentée pour réduire les coûts de fonctionnement, tout en minimisant la consommation d'énergie pendant la journée et minimiser le rayonnement thermique vers l'air extérieur pendant une accumulation de chaleur nocturne.JP3037649B2 discloses a dehumidifying air conditioning system, in which the energy efficiency of the air conditioning system as a whole is increased to reduce operating costs, while minimizing energy consumption during the day and minimizing thermal radiation to the air outside during nocturnal heat build-up.

Toutefois aucun de ces systèmes ne permettent une restitution simultanée ou alternative de chaleur haute et/ou très haute température et de froid basse et/ou très basse température.However, none of these systems allow simultaneous or alternative restitution of high and/or very high temperature heat and low and/or very low temperature cold.

Dans le contexte particulier de l’industrie de fabrication et de fourniture d’électricité, il existe d’autres systèmes permettant l’accumulation de chaleur et de froid, éventuellement de manière simultanée. Les documents brevets EP2220343, EP2574740, US10907510, US8627665, US20140223910 peuvent illustrer ce type de technologie. Toutefois, les dispositifs décrits dans ces documents sont spécifiques à l’industrie de fabrication et de fourniture d’électricité et ne peuvent pas être utilisés en tant que tels dans les autres industries (en particulier ceux mentionnés ci-dessus) ou même à titre privé.In the particular context of the electricity manufacturing and supply industry, there are other systems allowing the accumulation of heat and cold, possibly simultaneously. Patent documents EP2220343, EP2574740, US10907510, US8627665, US20140223910 can illustrate this type of technology. However, the devices described in these documents are specific to the electricity manufacturing and supply industry and cannot be used as such in other industries (in particular those mentioned above) or even privately. .

Le but de la présente invention est donc de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant une pompe à chaleur, préférentiellement électrique, comprenant :The aim of the present invention is therefore to overcome the drawbacks of the prior art by proposing a heat pump, preferably electric, comprising:

- au moins deux systèmes de stockages d’énergie thermique, et- at least two thermal energy storage systems, and

- au moins un système de restitution d’énergie thermique,- at least one thermal energy restitution system,

dans laquelle :in which :

- au moins l’un des systèmes de stockage d’énergie thermique est configuré pour stocker de l’énergie thermique sous forme de chaleur à une température comprise entre + 100°C et + 800°C,- at least one of the thermal energy storage systems is configured to store thermal energy in the form of heat at a temperature between + 100°C and + 800°C,

- au moins l’un des systèmes de stockage d’énergie thermique est configuré pour stocker de l’énergie thermique sous forme de froid à une température comprise entre - 100°C et + 20°C ; et- at least one of the thermal energy storage systems is configured to store thermal energy in the form of cold at a temperature between - 100°C and + 20°C; And

- ledit au moins un système de restitution d’énergie thermique est configuré pour restituer de manière séparée ou parallèle dans le temps la chaleur et/ou le froid, ou- said at least one thermal energy restitution system is configured to restore heat and/or cold separately or in parallel over time, or

- ledit au moins un système de restitution d’énergie thermique est configuré pour un fonctionnement d’une restitution parallèle pouvant être alternée avec un fonctionnement en restitution séparée dans le temps de la chaleur et/ou du froid.- said at least one thermal energy restitution system is configured for parallel restitution operation which can be alternated with operation in separate restitution over time of heat and/or cold.

La production simultanée des deux flux (chaleur haute température et froid, le plus souvent négatif) permet d’atteindre de meilleures performances énergétiques et donner aux industriels une solution de fourniture d’énergie thermique en réduisant drastiquement les émissions de CO2sans augmenter le coût de production, voire en le diminuant en fonction des prix des sources d’énergie disponibles localement.The simultaneous production of the two flows (high temperature heat and cold, most often negative) makes it possible to achieve better energy performance and give manufacturers a solution for supplying thermal energy by drastically reducing CO 2 emissions without increasing the cost production, or even reducing it depending on the prices of locally available energy sources.

De manière préférée, la pompe à chaleur (préférentiellement électrique) selon la présente invention peut être caractérisée en ce que :Preferably, the heat pump (preferably electric) according to the present invention can be characterized in that:

- au moins l’un des systèmes de stockage d’énergie thermique est configuré pour stocker de l’énergie thermique sous forme de chaleur à des températures inférieures ou égales à - 20°C, préférentiellement inférieures ou égales à – 50°C, et/ou- at least one of the thermal energy storage systems is configured to store thermal energy in the form of heat at temperatures less than or equal to - 20°C, preferably less than or equal to - 50°C, and /Or

- en ce qu’au moins l’un des systèmes de stockage d’énergie thermique est configurés pour stocker de l’énergie thermique à des températures supérieures ou égales à + 150°C, préférentiellement supérieures ou égales à + 200°C.- in that at least one of the thermal energy storage systems is configured to store thermal energy at temperatures greater than or equal to + 150°C, preferably greater than or equal to + 200°C.

De manière préférée, la pompe à chaleur (préférentiellement électrique) selon la présente invention peut être caractérisée en ce que lesdits au moins deux systèmes de stockages d’énergie thermique sont configurés pour stocker de l’énergie thermique sous forme de chaleur et sous forme de froid.Preferably, the heat pump (preferably electric) according to the present invention can be characterized in that said at least two thermal energy storage systems are configured to store thermal energy in the form of heat and in the form of cold.

De manière préférée, la pompe à chaleur (préférentiellement électrique) selon la présente invention peut être caractérisée en ce qu’elle est configurée pour comprendre un cycle de Brayton inversé (par exemple sans changement de phase) pouvant fonctionner avec un gaz tel que l’air ou l’argon.Preferably, the heat pump (preferably electric) according to the present invention can be characterized in that it is configured to comprise an inverted Brayton cycle (for example without phase change) capable of operating with a gas such as air or argon.

De manière préférée, le gaz peut être un gaz inerte tel que l’azote ou l’argon.Preferably, the gas may be an inert gas such as nitrogen or argon.

Le gaz peut être choisi un gaz noble, tel que l’argon.The gas can be chosen a noble gas, such as argon.

Le gaz peut être de l’air (c’est-à-dire environ 20% d’oxygène dans environ 80% d’azote).The gas can be air (i.e. about 20% oxygen in about 80% nitrogen).

De manière préférée, la pompe à chaleur (préférentiellement électrique) selon la présente invention peut être caractérisée en ce qu’elle comprend un turbocompresseur, tel qu’un turbocompresseur électrique centrifuge produisant une pression inférieure ou égale à 8 bars, préférentiellement comprise entre 1 et 5 bars.Preferably, the heat pump (preferably electric) according to the present invention can be characterized in that it comprises a turbocharger, such as a centrifugal electric turbocharger producing a pressure less than or equal to 8 bars, preferably between 1 and 5 bars.

De manière préférée, la pompe à chaleur (préférentiellement électrique) selon la présente invention peut être caractérisée en ce que les différents organes de fonctionnement de ladite pompe à chaleur sont isolés dans des modules, lesdits modules étant configurés pour être connectés les uns aux autres par exemple par connexions physiques tels que des vannes (par exemple pilotables à distance), des pipes à connecter et/ou des tuyaux.Preferably, the heat pump (preferably electric) according to the present invention can be characterized in that the different operating members of said heat pump are isolated in modules, said modules being configured to be connected to each other by for example by physical connections such as valves (for example remotely controllable), pipes to connect and/or pipes.

De manière préférée, la pompe à chaleur (préférentiellement électrique) selon la présente invention peut être caractérisée en ce qu’elle est configurée pour être couplée à au moins une source de chaleur naturelle et/ou au moins une source de chaleur artificielle telle qu’une chaudière à gaz, un four à gaz, une chaleur d’origine solaire, un séchoir et/ou d’une déperdition de chaleur d’origine artificielle.Preferably, the heat pump (preferably electric) according to the present invention can be characterized in that it is configured to be coupled to at least one natural heat source and/or at least one artificial heat source such as a gas boiler, a gas oven, solar heat, a dryer and/or heat loss of artificial origin.

De manière préférée, la pompe à chaleur (préférentiellement électrique) selon la présente invention peut être caractérisée en ce qu’elle est configurée pour être couplée à au moins une source de chaleur artificielle, en particulier en échappement, en perte ou en sortie d’une source de chaleur artificielle telle qu’en échappement, en perte ou en sortie d’une chaudière à gaz, un four à gaz, une chaleur d’origine solaire, un séchoir et/ou d’une déperdition de chaleur d’origine artificielle.Preferably, the heat pump (preferably electric) according to the present invention can be characterized in that it is configured to be coupled to at least one artificial heat source, in particular in exhaust, loss or outlet. an artificial heat source such as exhaust, loss or output from a gas boiler, a gas oven, solar heat, a dryer and/or heat loss of artificial origin .

Par « échappement », il est compris dans le contexte de la présente invention une dernière phase contrôlée de circulation d’énergie, par exemple sous forme de vapeur(s) ou de fumée(s) chaudes, d’une source de chaleur artificielle.By “exhaust” is understood in the context of the present invention a last controlled phase of energy circulation, for example in the form of hot steam(s) or smoke(s), from an artificial heat source.

Par « perte », il est compris dans le contexte de la présente invention une privation utile d’énergie provenant de la source de chaleur artificielle. Cette privation est le plus souvent non contrôlée, difficilement contrôlable ou issue d’une mauvaise gestion ou configuration de la source de chaleur artificielle.By “loss” is meant in the context of the present invention a useful deprivation of energy coming from the artificial heat source. This deprivation is most often uncontrolled, difficult to control or the result of poor management or configuration of the artificial heat source.

Par « sortie » d’une source de chaleur, il est compris dans le contexte de la présente invention une sortie canalisée et attendue d’une source de chaleur, c’est-à-dire où il est attendue de récupérer la majorité de ladite chaleur (par exemple des condensats de vapeur).By “output” of a heat source, it is understood in the context of the present invention a channeled and expected output of a heat source, that is to say where it is expected to recover the majority of said heat (e.g. steam condensate).

Dans un mode de réalisation particulier, la pompe à chaleur (préférentiellement électrique) selon la présente invention peut être caractérisée en ce qu’elle est configurée pour être connectée à un circuit de chauffage et/ou un circuit de refroidissement. De manière préférée, la pompe à chaleur (préférentiellement électrique) selon la présente invention peut être caractérisée en ce qu’elle est configurée pour être connectée à un circuit primaire de chauffage et/ou un circuit primaire de refroidissement.In a particular embodiment, the heat pump (preferably electric) according to the present invention can be characterized in that it is configured to be connected to a heating circuit and/or a cooling circuit. Preferably, the heat pump (preferably electric) according to the present invention can be characterized in that it is configured to be connected to a primary heating circuit and/or a primary cooling circuit.

De manière préférée, la pompe à chaleur (préférentiellement électrique) selon la présente invention peut être caractérisée en ce qu’elle est dimensionnée pour fournir une énergie comprise entre 50 kWh à 5MWh.Preferably, the heat pump (preferably electric) according to the present invention can be characterized in that it is sized to provide energy of between 50 kWh to 5MWh.

Un autre objet de la présente invention concerne un procédé de fourniture d’énergie thermique sous forme de chaleur à une température comprise entre + 100°C et + 800°C et/ou de froid à une température comprise entre - 100°C et + 20°C, par l’utilisation d’une pompe à chaleur (préférentiellement électrique) telle que décrite ci-dessus, comprenant les étapes suivantes :Another object of the present invention relates to a method of supplying thermal energy in the form of heat at a temperature between + 100°C and + 800°C and/or cold at a temperature between - 100°C and + 20°C, by the use of a heat pump (preferably electric) as described above, comprising the following steps:

(a) une étape de cycle de charge par compression mécanique d’au moins un gaz avec préférentiellement une détente mécanique dudit au moins un gaz ;(a) a charging cycle step by mechanical compression of at least one gas with preferably mechanical expansion of said at least one gas;

(b) une étape de cycle de décharge sans compression et/ou détente dans laquelle l’énergie thermique est déchargée via au moins un système de restitution d’énergie thermique, par exemple via au moins une vanne, au moins un circulateur et/ou au moins un échangeur thermique (c’est à dire un échangeur de chaleur).(b) a discharge cycle step without compression and/or expansion in which the thermal energy is discharged via at least one thermal energy restitution system, for example via at least one valve, at least one circulator and/or at least one heat exchanger (i.e. a heat exchanger).

Dans un mode de réalisation particulier, l’étape (a) est un cycle de charge par compression mécanique d’au moins une vapeur avec préférentiellement une détente mécanique de ladite au moins une vapeur.In a particular embodiment, step (a) is a charging cycle by mechanical compression of at least one vapor with preferably mechanical expansion of said at least one vapor.

De manière préférée, le procédé selon la présente invention peut être caractérisé en ce que l’étape (b) de cycle de décharge se fait en parallèle à l’étape (a) de cycle de charge.Preferably, the method according to the present invention can be characterized in that the discharge cycle step (b) is carried out in parallel with the charge cycle step (a).

Le cycle de décharge induit un flux de fluide (tel qu’un gaz caloriporteur) appelé « flux de décharge ». Ainsi, dans un mode de réalisation particulier, le flux de décharge peut être divisé en plusieurs flux de décharge dits flux de décharge divisés, pouvant être chacun dirigé vers des applications différentes.The discharge cycle induces a flow of fluid (such as a heat transfer gas) called “discharge flow”. Thus, in a particular embodiment, the discharge flow can be divided into several discharge flows called divided discharge flows, which can each be directed towards different applications.

Par exemple, un flux de décharge divisé peut être orienté vers un système de stockage, tel qu’un système de stockage secondaire, pouvant permettre un échelonnage des températures.For example, a split discharge flow may be directed to a storage system, such as a secondary storage system, which may allow for temperature scaling.

DEFINITIONSDEFINITIONS

Par « pompe à chaleur », il est compris dans le contexte de la présente invention un dispositif permettant de transférer de l’énergie thermique d’un premier milieu vers un second milieu de plus haute température, allant ainsi dans le sens inverse naturel spontané de l’énergie thermique. En particulier, il existe des pompes à chaleur dites hautes températures (« HT »), très hautes températures (« THT »), basses températures (« BT ») ou encore très basses températures (« TBT »). Il existe classiquement différents types de pompes à chaleur : une pompe à chaleur à compression de vapeur, une pompe à chaleur à effet Peltier, une pompe à chaleur thermo-acoustique, une pompe à chaleur thermomagnétique, une pompe à chaleur à absorption de gaz, une pompe à chaleur dite Stirling. De manière préféré, une « pompe à chaleur » dans le contexte de la présente invention est une pompe à chaleur électrique du type cycle à air (par exemple à cycle de réfrigération au gaz). Ce procédé suit un cycle thermodynamique de Brayton inversé dans lequel un gaz est comprimé, refroidi à température ambiante, puis détendu dans une turbine, et ne fait pas intervenir de changement de phase, ce qui le distingue des pompes à chaleur à compression de vapeur (pompes à chaleur « classiques », dites « thermodynamiques ») le plus souvent suivant un cycle de réfrigération à compression de vapeur, ou une pompe à chaleur à absorption de gaz.By “heat pump”, it is understood in the context of the present invention a device making it possible to transfer thermal energy from a first medium to a second medium of higher temperature, thus going in the spontaneous natural opposite direction of thermal energy. In particular, there are so-called high temperature (“HT”), very high temperature (“THT”), low temperature (“BT”) or even very low temperature (“TBT”) heat pumps. There are typically different types of heat pumps: a vapor compression heat pump, a Peltier effect heat pump, a thermo-acoustic heat pump, a thermomagnetic heat pump, a gas absorption heat pump, a so-called Stirling heat pump. Preferably, a “heat pump” in the context of the present invention is an electric heat pump of the air cycle type (for example with a gas refrigeration cycle). This process follows a reverse Brayton thermodynamic cycle in which a gas is compressed, cooled to room temperature, then expanded in a turbine, and does not involve a phase change, which distinguishes it from vapor compression heat pumps ( “classic” heat pumps, called “thermodynamic”), most often following a vapor compression refrigeration cycle, or a gas absorption heat pump.

Cette pompe à chaleur fonctionne en récupérant des calories dans une cuve de stockage basse pression dite « froide ». Le gaz est ensuite comprimé dans un compresseur afin d’augmenter sa température. Dans le contexte de la présente invention, cette chaleur est stockée. En parallèle, le froid généré en sortie de turbine (détente) est également récupéré et stocké.This heat pump works by recovering calories in a so-called “cold” low-pressure storage tank. The gas is then compressed in a compressor to increase its temperature. In the context of the present invention, this heat is stored. At the same time, the cold generated at the turbine outlet (expansion) is also recovered and stored.

Un cycle de Brayton entraîné en sens inverse est appelé cycle de Brayton inversé. Son but est de déplacer la chaleur d’un corps plus froid vers un corps plus chaud, plutôt que de produire du travail. Conformément au deuxième principe de la thermodynamique, la chaleur ne peut pas circuler spontanément du système froid au système chaud sans qu’un travail externe soit effectué sur le système. La chaleur peut circuler d’un corps plus froid vers un corps plus chaud, mais uniquement lorsqu’elle est forcée par un travail extérieur. C’est exactement ce que les réfrigérateurs et les pompes à chaleur accomplissent. Ceux-ci sont entraînés par des moteurs électriques nécessitant un travail de leur environnement pour fonctionner. Ainsi, l’un des cycles possibles est un cycle de Brayton inversé, qui est similaire au cycle Brayton ordinaire mais celui-ci est entraîné en sens inverse, via une entrée de travail nette. Ce cycle est également connu sous le nom de cycle de réfrigération au gaz, cycle à air ou cycle de Bell Coleman. Ce type de cycle est largement utilisé dans les avions de ligne pour les systèmes de climatisation utilisant l’air des compresseurs du moteur. Il est également largement utilisé dans l’industrie du GNL (Gaz Naturel Liquéfié) où le plus grand cycle inversé de Brayton est pour le sous-refroidissement du GNL en utilisant 86 MW de puissance provenant d’un compresseur entraîné par turbine à gaz et d’un réfrigérant à l’azote (source de ces connaissances usuelles : « thermal-engineering.org »).A Brayton cycle driven in reverse is called a reverse Brayton cycle. Its purpose is to move heat from a colder body to a warmer body, rather than to produce work. According to the second law of thermodynamics, heat cannot flow spontaneously from the cold system to the hot system without external work being done on the system. Heat can flow from a colder body to a warmer body, but only when forced by external work. This is exactly what refrigerators and heat pumps accomplish. These are driven by electric motors requiring work from their environment to function. So, one of the possible cycles is a reverse Brayton cycle, which is similar to the ordinary Brayton cycle but this one is driven in reverse, via a net work input. This cycle is also known as the gas refrigeration cycle, air cycle or Coleman Bell cycle. This type of cycle is widely used in airliners for air conditioning systems using air from engine compressors. It is also widely used in the LNG (Liquefied Natural Gas) industry where the largest reverse Brayton cycle is for subcooling of LNG using 86 MW of power from a gas turbine driven compressor and d a nitrogen refrigerant (source of this usual knowledge: “thermal-engineering.org”).

Par « haute température », il est compris dans le contexte de la présente invention une gamme de températures comprise entre + 60 et + 100°C, préférentiellement entre + 70 et + 95°C. Ce type de pompe à chaleur peut être trouvé dans des pompes à chaleur commerciales, y compris dites « grand-public ». Leur rendement est d’autant plus faible que la différence de température entre la source froide et la source à réchauffer est importante.By “high temperature” is meant in the context of the present invention a range of temperatures between + 60 and + 100°C, preferably between + 70 and + 95°C. This type of heat pump can be found in commercial heat pumps, including “consumer” heat pumps. Their efficiency is all the lower as the temperature difference between the cold source and the source to be heated is significant.

Les températures données dans le contexte de la présente invention, sauf indication contraire, sont en référence à la température de 0°C, soit la température de solidification de l’eau à une atmosphère au niveau de la mer (c’est-à-dire 101325 Pa correspondant à une pression absolue d’1 bar).Temperatures given in the context of the present invention, unless otherwise indicated, are in reference to the temperature of 0°C, i.e. the solidification temperature of water at one atmosphere at sea level (i.e. say 101325 Pa corresponding to an absolute pressure of 1 bar).

Par « très haute température », il est compris dans le contexte de la présente invention une gamme de températures supérieure à + 100°C, par exemple supérieure ou égale à + 150°C, supérieure ou égale à + 200°C, supérieure ou égale à + 300°C, supérieure ou égale à + 400°C. Ainsi, une très haute température dans le contexte de la présente invention peut comprendre des températures comprises entre + 150 et + 500°C, préférentiellement entre + 200 et + 400°C, ou encore entre + 250 et + 350°C.By “very high temperature” is meant in the context of the present invention a range of temperatures greater than +100°C, for example greater than or equal to +150°C, greater than or equal to +200°C, greater than or equal to +150°C, equal to + 300°C, greater than or equal to + 400°C. Thus, a very high temperature in the context of the present invention can include temperatures between + 150 and + 500°C, preferably between + 200 and + 400°C, or even between + 250 and + 350°C.

Par « basse température », il est compris dans le contexte de la présente invention une gamme de températures comprise entre - 20 et + 5°C, préférentiellement entre - 15 et - 5°C.By “low temperature” is meant in the context of the present invention a range of temperatures between - 20 and + 5°C, preferably between - 15 and - 5°C.

Par « très basse température », il est compris dans le contexte de la présente invention une gamme de températures inférieure à - 20°C, par exemple inférieure ou égale à - 30°C, inférieure ou égale à - 40°C, inférieure ou égale à - 50°C, inférieure ou égale à + 60°C. Ainsi, une très basse température dans le contexte de la présente invention peut comprendre des températures comprises entre - 30 et - 150°C, préférentiellement entre - 40 et - 100°C, ou encore entre - 50 et - 80°C.By “very low temperature” is meant in the context of the present invention a range of temperatures less than - 20°C, for example less than or equal to - 30°C, less than or equal to - 40°C, less than or equal to - 40°C, less than or equal to - 40°C, less than or equal to equal to - 50°C, less than or equal to + 60°C. Thus, a very low temperature in the context of the present invention can include temperatures between - 30 and - 150°C, preferably between - 40 and - 100°C, or even between - 50 and - 80°C.

Par « systèmes de stockages d’énergie thermique », il est compris dans le contexte de la présente invention tout moyen permettant de préserver une quantité d’énergie de nature thermique pour une utilisation ultérieure. La nature thermique peut être le chaud et le froid. En effet, la chaleur en tant que telle est une énergie. Dans le cas du froid stocké, étant donné qu’une production de froid nécessite de l’énergie, stocker du froid représente un stockage d’énergie.By “thermal energy storage systems” is meant in the context of the present invention any means making it possible to preserve a quantity of thermal energy for later use. Thermal nature can be hot and cold. Indeed, heat as such is energy. In the case of stored cold, given that cold production requires energy, storing cold represents energy storage.

Par « système de restitution d’énergie thermique », il est compris dans le contexte de la présente invention un moyen permettant de délivrer l’énergie thermique. En outre, l’expression « systèmes de restitution d’énergie thermique configurés pour » implique que les cuves sont interchangeables (l’une pouvant être utilisée pour le chaud puis pour le froid lors d’autres séries de cycles de charges et décharges).By “thermal energy restitution system”, it is understood in the context of the present invention a means making it possible to deliver thermal energy. In addition, the expression “thermal energy restitution systems configured for” implies that the tanks are interchangeable (one can be used for hot then for cold during other series of charge and discharge cycles).

Par « restituer de manière séparée ou parallèle dans le temps », il est compris dans le contexte de la présente invention la délivrance séparée ou parallèle dans le temps d’énergie thermique issues d’au moins deux systèmes de stockages différent. La délivrance séparée permet ainsi de fournir dans un premier temps de l’énergie thermique issue d’au moins un premier système de stockage puis de l’énergie thermique issue d’au moins un second système de stockage. La délivrance parallèle permet de fournir en même temps de l’énergie thermique issue d’au moins un premier système de stockage et de l’énergie thermique issue d’au moins un second système de stockage.By “returning in a separate or parallel manner over time”, it is understood in the context of the present invention the separate or parallel delivery over time of thermal energy from at least two different storage systems. The separate delivery thus makes it possible to initially provide thermal energy from at least a first storage system and then thermal energy from at least a second storage system. Parallel delivery makes it possible to provide thermal energy from at least a first storage system and thermal energy from at least a second storage system at the same time.

Par « turbocompresseur », aussi appelé « turbomachine », il est compris dans le contexte de la présente invention une machine permettant en même temps d’augmenter la pression de gaz et de détendre la pression de gaz à un autre point du circuit. En plus des turbocompresseurs de type axial à forte puissance, il existe au moins deux types de turbocompresseurs de type radial : les turbocompresseurs à piston(s) (plutôt usuellement appelés « compresseurs ») et les turbocompresseurs centrifuges. Les turbocompresseurs centrifuges sont principalement utilisés en industrie ainsi que dans l’automobile car ils ont peu de pièces mobiles en friction, ont une efficacité énergétique relativement élevée et déplacent un flux de gaz plus élevé que les compresseurs réciproques de taille semblables. Les turbocompresseurs ne peuvent pas atteindre un taux de compression aussi élevé que les compresseurs alternatifs, ces derniers étant capable d'atteindre, en multi-étages, une pression de 100 MPa.By “turbocharger”, also called “turbomachine”, is understood in the context of the present invention a machine allowing at the same time to increase the gas pressure and to relax the gas pressure at another point of the circuit. In addition to high-power axial-type turbochargers, there are at least two types of radial-type turbochargers: piston turbochargers (usually called “compressors”) and centrifugal turbochargers. Centrifugal turbochargers are primarily used in industry as well as automobiles because they have few moving parts in friction, have relatively high fuel efficiency, and move a higher flow of gas than reciprocal compressors of similar size. Turbochargers cannot achieve a compression ratio as high as reciprocating compressors, the latter being capable of reaching, in multi-stage, a pressure of 100 MPa.

Par « module », il est compris dans le contexte de la présente invention un élément juxtaposable voire combinable à un ou plusieurs autres, lequel ou lesquels peuvent être de même nature ou de nature complémentaire au premier.By “module”, it is understood in the context of the present invention an element which can be juxtaposed or even combinable with one or more others, which or which may be of the same nature or of a complementary nature to the first.

Par « source de chaleur naturelle », il est compris dans le contexte de la présente invention une énergie thermique issue d’aucune intervention humaine, telle qu’une source géothermique ou hydrique (lac, mer, rivière…) par exemple.By “natural heat source” is understood in the context of the present invention thermal energy resulting from no human intervention, such as a geothermal or water source (lake, sea, river, etc.) for example.

Par « source de chaleur artificielle », il est compris dans le contexte de la présente invention une énergie thermique issue d’une intervention humaine, telle qu’un four, de l'énergie issue d’un système solaire thermique ou encore une chaleur fatale.By “artificial heat source” is understood in the context of the present invention thermal energy resulting from human intervention, such as an oven, energy resulting from a solar thermal system or even waste heat. .

Par « cycle de charge », il est compris dans le contexte de la présente invention une série d’évènements pouvant être récurrente, c’est-à-dire un cycle, permettant le stockage d’énergie thermique.By “charging cycle”, it is understood in the context of the present invention a series of events which can be recurring, that is to say a cycle, allowing the storage of thermal energy.

Par « gaz », il est compris dans le contexte de la présente invention tout corps à l’état gazeux. Ainsi un gaz comprend également une vapeur, qui résulte de la vaporisation d’un liquide (à quelque température que ce soit).By “gas”, it is understood in the context of the present invention any body in the gaseous state. Thus a gas also includes a vapor, which results from the vaporization of a liquid (at whatever temperature).

Par « détente mécanique », il est compris dans le contexte de la présente invention une détente de gaz initialement comprimé via une turbine.By “mechanical expansion” is meant in the context of the present invention an expansion of gas initially compressed via a turbine.

Par « cycle de décharge », il est compris dans le contexte de la présente invention la fonction inverse de celle d’un cycle de charge, c’est-à-dire permettant la libération d’énergie thermique stockée dans des systèmes de stockage.By “discharge cycle”, it is understood in the context of the present invention the inverse function of that of a charge cycle, that is to say allowing the release of thermal energy stored in storage systems.

Par « échangeur de chaleur », il est compris dans le contexte de la présente invention un dispositif permettant de transférer de l'énergie thermique d'un fluide vers un autre sans les mélanger. Il est donc question de « fluide vecteur », c’est-à-dire un fluide comme défini ci-dessus, permettant de déplacer l’énergie thermique d’un emplacement à un autre.By “heat exchanger” is understood in the context of the present invention a device making it possible to transfer thermal energy from one fluid to another without mixing them. It is therefore a question of “vector fluid”, that is to say a fluid as defined above, allowing thermal energy to be moved from one location to another.

A titre d’exemple, il existe des échangeurs de chaleur gaz/liquide ou gaz/gaz comme des échangeurs à plaques ou des échangeurs à tubes ou tubes calandres pouvant être utilisés dans le cadre de la présente invention. Il existe de nombreux fournisseurs de tels échangeurs de chaleur ; tel que ceux de la société Alfa-Laval®.For example, there are gas/liquid or gas/gas heat exchangers such as plate exchangers or tube or shell-and-tube exchangers that can be used in the context of the present invention. There are many suppliers of such heat exchangers; such as those of the Alfa-Laval® company.

DESCRIPTION DETAILLEEDETAILED DESCRIPTION

L’objet de la présente invention permet d’adapter, améliorer et à la fois combiner :The object of the present invention makes it possible to adapt, improve and at the same time combine:

- une technologie éprouvée pour en augmenter l’efficacité et l’adapter à des besoins de procédés thermiques (chaleur et réfrigération),- proven technology to increase its efficiency and adapt it to the needs of thermal processes (heat and refrigeration),

- des turbomachines électriques particulières (turbocompresseurs), dont le régime peut être piloté (via la régulation du débit/vitesse de rotation et du taux de compression) par exemple via l’utilisation d’un logiciel,- specific electric turbomachines (turbocompressors), the speed of which can be controlled (via regulating the flow rate/rotation speed and the compression ratio) for example via the use of software,

- du stockage thermique (réfrigération et chaleur, séparés) pour ajouter en flexibilité au système et à l’intérêt de la solution pour un industriel.- thermal storage (refrigeration and heat, separated) to add flexibility to the system and the interest of the solution for an industrialist.

Ainsi, l’objet de la présente invention peut comprendre un ou plusieurs capteurs, qui combinés avec l’utilisation d’un logiciel (et de ses algorithmes) permettent de contrôler la pompe à chaleur selon la présente invention.Thus, the object of the present invention may include one or more sensors, which combined with the use of software (and its algorithms) make it possible to control the heat pump according to the present invention.

En outre, l’objet de la présente invention apporte plusieurs éléments innovants clés en termes de technologie et de fonctionnalités :In addition, the subject of the present invention provides several key innovative elements in terms of technology and functionalities:

- production électrique de chaleur haute température (> 150°C et jusqu’à 200-300°C) et de froid industriel (jusqu’à -50°C) avec un COP (coefficient of performances - rendement) de 1.5 ou plus,- electrical production of high temperature heat (> 150°C and up to 200-300°C) and industrial cold (up to -50°C) with a COP (coefficient of performance - efficiency) of 1.5 or more,

- utilisation d’un réfrigérant (tel que l’air ou l’argon) ayant un GWP (« global warming potential », « potentiel de réchauffement planétaire » en anglais) de 0 (GWP, acronyme anglais pour « potentiel de réchauffement global ») ;- use of a refrigerant (such as air or argon) having a GWP (“global warming potential”) of 0 (GWP, English acronym for “global warming potential” ) ;

- stockage d’énergie haute densité sous forme thermique de cette énergie produite ou réchauffée/surfroidie : chaleur (> 250°C) et froid industriel (jusqu’à -50°C) dans le même module, capable de conserver l’énergie plusieurs heures, voire quelques jours.- high density energy storage in thermal form of this energy produced or reheated/supercooled: heat (> 250°C) and industrial cold (up to -50°C) in the same module, capable of conserving energy for several hours, or even a few days.

Il est possible de placer les différents éléments constitutifs (compresseur, turbine, moteur, système de stockage…) de la pompe à chaleur selon la présente invention dans un ou différents modules ou sous-modules pouvant être combinés ou intégrés les uns aux autres ; l’ensemble pouvant être contenu dans un container (par exemple des containers standards dits de « 20 pieds » ou « 40 pieds » soit environ 6 mètres ou 12 mètres) ou placé sur un châssis.It is possible to place the different constituent elements (compressor, turbine, motor, storage system, etc.) of the heat pump according to the present invention in one or different modules or sub-modules which can be combined or integrated with each other; the assembly can be contained in a container (for example standard containers called “20 feet” or “40 feet” or approximately 6 meters or 12 meters) or placed on a chassis.

Les modules ou sous modules tels que définis ci-dessus peuvent être combinés avec d’autres modules ou sous-modules similaires en fonction des besoins.Modules or sub-modules as defined above may be combined with other similar modules or sub-modules as needed.

Il est possible d’intégrer et de revaloriser des flux d’énergie fatale ou solaire thermique avec l’ensemble de ces modules et/ou sous-modules, par exemple grâce à l’ajout d’un ou plusieurs échangeurs thermiques. Ainsi, l’objet de la présente invention permet aussi de rehausser le niveau de température de l’énergie thermique fatale ou solaire récupérée, de la stocker et de la restituer selon l’utilisation souhaitée.It is possible to integrate and upgrade waste or solar thermal energy flows with all of these modules and/or sub-modules, for example by adding one or more heat exchangers. Thus, the object of the present invention also makes it possible to raise the temperature level of the recovered waste or solar thermal energy, to store it and to restore it according to the desired use.

Ainsi, dans un mode de réalisation particulier, les différents éléments fonctionnels de la pompe à chaleur (préférentiellement électrique) selon la présente invention peuvent être isolés dans des modules. Ainsi, un système modulaire permet de facilement agencer la pompe à chaleur selon la disposition physique du site ou elle doit être installée. En effet, la modularité permet de faire évoluer la pompe à chaleur (préférentiellement électrique) selon la production sur site, par exemple en augmentant ou diminuant les capacités de production (puissance) ou de stockage (énergie) d’énergie thermique. En outre, la modularité permet d’effectuer des variations de montages originales. Par exemple, la modularité peut permettre d’insérer plusieurs systèmes de stockage pour avoir une diversité de températures, que ce soit en entrée (récupération d’énergie fatale avec différents niveaux de températures et/ou des variations de températures) et/ou en sortie (production d’énergie thermique à une certaine température et/ou avec des besoins variables de températures).Thus, in a particular embodiment, the different functional elements of the heat pump (preferably electric) according to the present invention can be isolated in modules. Thus, a modular system makes it easy to arrange the heat pump according to the physical layout of the site where it is to be installed. Indeed, modularity makes it possible to upgrade the heat pump (preferably electric) according to on-site production, for example by increasing or decreasing the production (power) or storage (energy) capacities of thermal energy. In addition, modularity allows for original assembly variations. For example, modularity can make it possible to insert several storage systems to have a diversity of temperatures, whether at input (recovery of fatal energy with different temperature levels and/or temperature variations) and/or at output. (production of thermal energy at a certain temperature and/or with variable temperature requirements).

De plus, il peut être avantageux de mettre des systèmes de rails et/ou châssis (« skids » en anglais) pour faciliter la modularité.In addition, it may be advantageous to install rail and/or chassis systems (“skids” in English) to facilitate modularity.

Dans un mode de réalisation particulier, les modules comprenant les différents éléments sont adaptés pour leur déplacement dans des containers.In a particular embodiment, the modules comprising the different elements are adapted for their movement in containers.

La recombinaison des modules permet de limiter le nombre de variantes de modules et donc d’optimiser le coût des systèmes tout en étant capable d’adresser un plus grand nombre de besoins différents.The recombination of modules makes it possible to limit the number of module variants and therefore to optimize the cost of systems while being able to address a greater number of different needs.

En outre, le stockage d'énergie thermique selon la présente invention peut être réalisé par l'installation dans des systèmes de stockage tels que des cuves (par exemple celles citées ci-dessus), d'éléments permettant pendant une phase de charge, d'absorber et de stocker l'énergie thermique, par exemple par l'empilement sur différents niveaux, de blocs de taille réduite (en comparaison avec lesdites cuves). Ces blocs peuvent prendre la forme de de briques réfractaires, de pièces en céramique, de pièces en ciment, de pièces en roches (par exemple volcaniques ou granitiques), ou encore en zéolites.Furthermore, the storage of thermal energy according to the present invention can be carried out by the installation in storage systems such as tanks (for example those cited above), of elements allowing, during a charging phase, absorb and store thermal energy, for example by stacking blocks of reduced size on different levels (in comparison with said tanks). These blocks can take the form of refractory bricks, ceramic parts, cement parts, rock parts (for example volcanic or granitic), or even zeolites.

Alternativement, l'empilement sur différent niveaux peut prendre la forme de capsules contenant des PCM classiques (matériaux à changement de phase) comme certains sables (tel que des sels fondus - "molten salt" en anglais), notamment KNO3-60%NaNO3ou NaCl/MgCl2(57/43) utilisés depuis plus de 20 ans dans des centrales solaire thermique concentré (CSP « concentrated solar power », c’est-à-dire une centrale solaire thermique à concentration » en français), de paraffine, de CaCl26H2O.Alternatively, stacking on different levels can take the form of capsules containing classic PCMs (phase change materials) such as certain sands (such as molten salts), in particular KNO 3 -60% NaNO 3 or NaCl/MgCl 2 (57/43) used for more than 20 years in concentrated solar thermal power plants (CSP “concentrated solar power”, that is to say a concentrated solar thermal power plant” in French), paraffin, CaCl 2 6H 2 O.

Tous ces matériaux et éléments sont abondamment utilisés depuis de nombreuses années dans des domaines et systèmes variés et sont également très bien documentés dans de nombreuses revues, publications, juste pour donner un exemple dans le document « State-of-the-Art Review » : « Insulation and Thermal Storage Materials », 2013 (Eclipse, Cambridge Architectural Research Limited).All these materials and elements have been used extensively for many years in various fields and systems and are also very well documented in many journals, publications, just to give an example in the “State-of-the-Art Review” document: “Insulation and Thermal Storage Materials”, 2013 (Eclipse, Cambridge Architectural Research Limited).

Cette même énergie thermique (moins les pertes thermiques inhérentes au système) sera bien entendu restituée à la décharge.This same thermal energy (minus the thermal losses inherent in the system) will of course be returned to the landfill.

Cet aspect de stockage est avantageux au bon fonctionnement de l’invention.This storage aspect is advantageous for the proper functioning of the invention.

Les cuves et conduites seront isolées thermiquement avec des matériaux isolants classiques telle que la roche de laine ou autre isolant standard.The tanks and pipes will be thermally insulated with conventional insulating materials such as wool rock or other standard insulation.

La pompe à chaleur (préférentiellement électrique) selon la présente invention comprend ainsi au moins deux cycles, l’une dite de charge et l’autre dite de décharge.The heat pump (preferably electric) according to the present invention thus comprises at least two cycles, one called charging and the other called discharging.

Par exemple, un cycle de charge peut comprendre :For example, a charge cycle may include:

- une compression du fluide (tel qu’un gaz) entre 2-5 bars (et donc réchauffé à 150-300 °C) dans le compresseur ;- compression of the fluid (such as a gas) between 2-5 bars (and therefore heated to 150-300°C) in the compressor;

- une décharge de la chaleur du fluide dans le matériau/ élément de stockage dans une première cuve ;- a discharge of heat from the fluid into the material/storage element in a first tank;

- une détente dans la turbine de l’air comprimé, qui a été refroidi durant son passage dans la première cuve, mais est toujours sous pression ;- an expansion in the compressed air turbine, which was cooled during its passage through the first tank, but is still under pressure;

- Réchauffage dans une seconde cuve de l’air très froid (entre -100 et +10) et à pression largement réduite en raison de la détente par la turbine (et donc « transmission du froid »)- Heating in a second tank of very cold air (between -100 and +10) and at greatly reduced pressure due to expansion by the turbine (and therefore “cold transmission”)

- l’air froid “réchauffé” retourne vers le compresseur ;- the “heated” cold air returns to the compressor;

- le cycle reprend jusqu’à ce que les cuves soient pleines (information donnée par des capteurs et/ou par l’arrêt du turbocompresseur électrique piloté par le système).- the cycle resumes until the tanks are full (information given by sensors and/or by stopping the electric turbocharger controlled by the system).

Par exemple, un cycle de décharge peut comprendre :For example, a discharge cycle may include:

- des circulateurs installés sur la boucle extérieure de chacune des cuves (distribution) faisant transiter l’énergie des cuves vers les échangeurs de chaleur qui sont montés sur les boucles process du client ;- circulators installed on the external loop of each of the tanks (distribution) passing the energy from the tanks to the heat exchangers which are mounted on the customer's process loops;

- en sortie de l’échangeur, la boucle de distribution récupère le retour du process client ;- at the outlet of the exchanger, the distribution loop recovers the feedback from the customer process;

Ainsi, aucune compression ou détente n’est utilisée dans ce cycle. Les systèmes de distribution des énergies froide et chaude sont indépendantes, la décharge peut donc avoir lieu au même moment ou de façon alternée. La décharge s’arrête si la demande du client est atteinte ou si les cuves sont vides (là encore, l’information donnée par des capteurs entraine l’arrêt par le système de pilotage des circulateurs)Therefore, no compression or expansion is used in this cycle. The cold and hot energy distribution systems are independent, the discharge can therefore take place at the same time or alternately. The discharge stops if the customer's request is reached or if the tanks are empty (here again, the information given by sensors causes the circulator control system to stop)

On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, des formes d’exécution de la présente invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles :We will describe below, by way of non-limiting examples, embodiments of the present invention, with reference to the appended figures in which:

représente en perspective une pompe à chaleur selon la présente invention sur châssis ; represents in perspective a heat pump according to the present invention on a chassis;

est un schéma conceptuel représentant un cycle de charge d’une pompe à chaleur selon la présente invention ; is a conceptual diagram representing a charging cycle of a heat pump according to the present invention;

est un schéma conceptuel représentant un cycle de décharge d’une pompe à chaleur selon la présente invention : is a conceptual diagram representing a discharge cycle of a heat pump according to the present invention:

est une représentation schématique conceptuelle d’une pompe à chaleur selon la présente invention, vue de dessus ; is a conceptual schematic representation of a heat pump according to the present invention, seen from above;

est une représentation schématique conceptuelle de deux pompes à chaleur selon la présente invention, vue de dessus, mises en parallèle ; is a conceptual schematic representation of two heat pumps according to the present invention, seen from above, placed in parallel;

est une représentation schématique conceptuelle d’une pompe à chaleur selon la présente invention, vue de dessus, dans laquelle deux modules de turbocompresseurs sont couplées en parallèle ; is a conceptual schematic representation of a heat pump according to the present invention, seen from above, in which two turbocharger modules are coupled in parallel;

est une représentation schématique conceptuelle d’une pompe à chaleur selon la présente invention, vue de dessus, dans laquelle deux modules de turbocompresseurs sont couplées en série ; is a conceptual schematic representation of a heat pump according to the present invention, seen from above, in which two turbocharger modules are coupled in series;

est une représentation schématique conceptuelle d’une pompe à chaleur selon la présente invention, vue de dessus, dans laquelle ladite pompe à chaleur est reliée à une source d’énergie fatale ; is a conceptual schematic representation of a heat pump according to the present invention, seen from above, in which said heat pump is connected to a fatal energy source;

est une représentation schématique conceptuelle de deux pompes à chaleur selon la présente invention, vue de dessus, avec un système de connexion permettant de mettre en œuvre le fonctionnement selon les modes de réalisations représentées dans les figures 4, 5, 6 , 7 et 8. is a conceptual schematic representation of two heat pumps according to the present invention, seen from above, with a connection system making it possible to implement operation according to the embodiments represented in Figures 4, 5, 6, 7 and 8.

est une représentation schématique conceptuelle d’une pompe à chaleur selon la présente invention, vue de dessus, dans laquelle ladite pompe à chaleur est reliée à deux systèmes de stockages d’énergie thermique supplémentaires ; is a conceptual schematic representation of a heat pump according to the present invention, seen from above, in which said heat pump is connected to two additional thermal energy storage systems;

représente en perspective une pompe à chaleur selon la présente invention dans un container ; et represents in perspective a heat pump according to the present invention in a container; And

représente en perspective une pompe à chaleur selon la présente invention sur châssis avec deux groupements de travail (comprenant chacun un turbocompresseur). represents in perspective a heat pump according to the present invention on a chassis with two working groups (each comprising a turbocharger).

En référence à la , où il est représenté en perspective une pompe à chaleur selon la présente invention sur un châssis 15, il peut être constaté un compresseur 1 et une turbine 2 reliés entre eux par un lien 13 électrique et/ou mécanique, actionné par un moteur 3 pouvant être électrique. Le compresseur et la turbine sont tous les deux reliés par des tuyaux 10 à un premier système de stockage 4 d’une part, ainsi qu’à un second système de stockage 5 d’autre part, établissant ainsi une boucle entre le compresseur 1, la turbine 2, le premier système de stockage 4 et le second système de stockage 5.In reference to the , where a heat pump according to the present invention is shown in perspective on a chassis 15, it can be seen a compressor 1 and a turbine 2 connected together by an electrical and/or mechanical link 13, actuated by a motor 3 which can be electric. The compressor and the turbine are both connected by pipes 10 to a first storage system 4 on the one hand, as well as to a second storage system 5 on the other hand, thus establishing a loop between the compressor 1, the turbine 2, the first storage system 4 and the second storage system 5.

La est une représentation schématique de la pompe à chaleur de la , relié à des systèmes de restitution 6 de l’énergie thermique, représenté ici dans un cycle de charge. Le premier système de stockage 4 et le second système de stockage 5 sont ainsi respectivement chacun relié à un système de restitution 6 de l’énergie thermique permettant d’alimenter en chaleur ou en froid un système client 7. Le sens du flux représenté par les flèches 8 implique ici que l’énergie thermique sous forme de chaleur est concentrée dans le second système de stockage 5, alors que l’énergie thermique sous forme froid est concentrée dans le premier système de stockage 4. Le stockage d’énergie thermique froid est à basse pression. Il peut alors se créer un gradient de températures dans le premier système de stockage 4 et dans le second système de stockage 5 de manière que, théoriquement, Q1 est de température plus élevée (i.e. plus chaude) que Q2, et que Q3 est de température plus basse (i.e. plus froide) que Q4. Dans la , il n’est pas représenté de décharge.There is a schematic representation of the heat pump of the , connected to thermal energy restitution systems 6, represented here in a charging cycle. The first storage system 4 and the second storage system 5 are thus each respectively connected to a restitution system 6 of thermal energy making it possible to supply heat or cold to a client system 7. The direction of the flow represented by the arrows 8 imply here that thermal energy in the form of heat is concentrated in the second storage system 5, while thermal energy in cold form is concentrated in the first storage system 4. The storage of cold thermal energy is at low pressure. A temperature gradient can then be created in the first storage system 4 and in the second storage system 5 so that, theoretically, Q1 has a higher temperature (i.e. hotter) than Q2, and Q3 has a temperature lower (ie colder) than Q4. In the , there is no discharge shown.

En référence à la , le schéma de montage identique à celui représenté en est représenté ici sur un cycle de décharge. En déchargeant l’énergie thermique stockée dans le premier système de stockage 4 et le second système de stockage 5 vers deux systèmes de restitution 6 d’énergie thermique, il est possible de fournir de la chaleur et du froid à des systèmes clients 7. Dans la , le second système de stockage 5 se refroidi par cette décharge et donc il peut se créer un gradient de températures de manière que, théoriquement, Q6 est de température plus basse (i.e. plus froide) que Q5. De manière similaire, il peut se créer un gradient de températures dans le premier système de stockage 4 de manière que, théoriquement, Q8 est de température plus élevée (i.e. plus chaude) que Q7. Dans les figures 2 et 3, il est donc apparent que cycles de charge et décharge peuvent fonctionner en parallèle.In reference to the , the assembly diagram identical to that shown in is shown here on a discharge cycle. By discharging the thermal energy stored in the first storage system 4 and the second storage system 5 to two thermal energy restitution systems 6, it is possible to provide heat and cold to client systems 7. In there , the second storage system 5 is cooled by this discharge and therefore a temperature gradient can be created so that, theoretically, Q6 has a lower temperature (ie colder) than Q5. Similarly, a temperature gradient can be created in the first storage system 4 so that, theoretically, Q8 has a higher temperature (ie hotter) than Q7. In Figures 2 and 3, it is therefore apparent that charge and discharge cycles can operate in parallel.

La est une représentation vue de dessus du schéma de montage selon les figures 2 et 3. Compresseur 1, turbine 2 et moteur 3 et son groupe de puissance (pouvant être électrique) et les éventuels raccords standards sont rassemblés dans un groupement 9 dit de travail. Groupement de travail 9, premier système de stockage 4, second système de stockage 5 et tuyaux 10 constituent un premier ensemble 14 de pompe à chaleur selon la présente invention.There is a top view representation of the assembly diagram according to Figures 2 and 3. Compressor 1, turbine 2 and motor 3 and its power unit (which can be electric) and any standard connections are brought together in a so-called working group 9. Working group 9, first storage system 4, second storage system 5 and pipes 10 constitute a first heat pump assembly 14 according to the present invention.

La est une représentation vue de dessus d’un schéma de montage reprenant les éléments de la présentant deux ensembles 14 de pompe à chaleur selon la présente invention, couplés en parallèle. L’avantage dans cette configuration est l’augmentation de la production d’énergie thermique sous forme de froid et de chaud, tout en doublant les capacités de stockage (et donc de durée de la restitution) d’énergie thermique, sans modification et/ou rajout (avec coûts supplémentaires associés) de l’échangeur thermique (échangeur de chaleur).There is a top view representation of an assembly diagram showing the elements of the presenting two heat pump assemblies 14 according to the present invention, coupled in parallel. The advantage in this configuration is the increase in the production of thermal energy in the form of cold and heat, while doubling the storage capacities (and therefore duration of restitution) of thermal energy, without modification and/or or addition (with associated additional costs) of the heat exchanger (heat exchanger).

La est une représentation vue de dessus d’un schéma de montage reprenant les éléments de la présentant deux groupements de travail 9 montés en parallèle, connectés directement ou via un T comme représenté. L’avantage dans cette configuration est l’augmentation de la production d’énergie thermique sous forme de froid et de chaud. En comparaison avec le montage de la , le montage de la présente les mêmes capacités de production mais un stockage moindre. Le montage selon la est donc bien adapté par exemple à un système nécessitant un cycle de charge et de décharge travaillant conjointement nécessitant moins de stockage ou bien nécessitant une puissance donnée réalisable sur un temps de charge plus court (pour la même quantité d’énergie stockée)There is a top view representation of an assembly diagram showing the elements of the presenting two working groups 9 mounted in parallel, connected directly or via a T as shown. The advantage in this configuration is the increase in the production of thermal energy in the form of cold and heat. In comparison with the assembly of the , the assembly of the has the same production capacities but less storage. The assembly according to is therefore well suited for example to a system requiring a charge and discharge cycle working together requiring less storage or requiring a given power achievable over a shorter charging time (for the same quantity of energy stored)

La est une représentation vue de dessus d’un schéma de montage reprenant les éléments de la présentant deux groupements de travail 9 montés en série. L’avantage dans cette configuration est l’augmentation des écarts de température entre les énergies thermiques produites sous forme de froid et de chaud.There is a top view representation of an assembly diagram showing the elements of the presenting two working groups 9 mounted in series. The advantage in this configuration is the increase in temperature differences between the thermal energies produced in the form of cold and heat.

La est une représentation vue de dessus d’un schéma de montage reprenant les éléments de la présentant en outre une source 11 d’énergie fatale (ou bien d’énergie thermique d’origine naturelle ou d’origine solaire) permettant un apport d’énergie thermique représenté par la flèche 12. Tout moyen de captation de cette énergie fatale peut être appliqué (par exemple échangeur thermique en lien avec le circuit de tuyaux 10 de l’ensemble 14 de pompe à chaleur selon la présente invention. Il est possible de placer une entrée d’énergie thermique entre le système de stockage 5 et la turbine du groupement 9 de travail, et/ou entre le système de stockage 4 et le (turbo-)compresseur du groupement 9 de travail.There is a top view representation of an assembly diagram showing the elements of the further presenting a source 11 of fatal energy (or of thermal energy of natural origin or of solar origin) allowing a supply of thermal energy represented by the arrow 12. Any means of capturing this fatal energy can be applied (for example heat exchanger linked to the pipe circuit 10 of the heat pump assembly 14 according to the present invention. It is possible to place a thermal energy input between the storage system 5 and the turbine of the group 9 of work, and/or between the storage system 4 and the (turbo-)compressor of the group 9 of work.

La représente deux ensembles 14 de pompe à chaleur selon la présente invention comprenant différents moyens de couplage via des tuyaux 10. Ainsi, chaque groupement de travail 9A, 9B est relié à aux quatre systèmes de stockage 4A, 4B, 5A et 5B. Ainsi, le premier groupement de travail 9A est relié aux quatre systèmes de stockage 4A, 4B, 5A et 5B. Le second groupement de travail 9B est relié directement aux systèmes de stockage 4B et 5B et est relié aux systèmes de stockage 4A et 5A par le biais de deux T au niveau des tuyaux 10 reliant le premier groupement de travail 9A aux systèmes de stockage 4A et 5A. En outre, le système de stockage d’énergie thermique 4A est relié par un tuyau 10 au système de stockage d’énergie thermique 4B. Le système de stockage d’énergie thermique 5A est relié par un tuyau 10 au système de stockage d’énergie thermique 5B.There represents two heat pump assemblies 14 according to the present invention comprising different coupling means via pipes 10. Thus, each working group 9A, 9B is connected to the four storage systems 4A, 4B, 5A and 5B. Thus, the first working group 9A is connected to the four storage systems 4A, 4B, 5A and 5B. The second working group 9B is connected directly to the storage systems 4B and 5B and is connected to the storage systems 4A and 5A via two Ts at the level of the pipes 10 connecting the first working group 9A to the storage systems 4A and 5A. Furthermore, the thermal energy storage system 4A is connected by a pipe 10 to the thermal energy storage system 4B. The thermal energy storage system 5A is connected by a pipe 10 to the thermal energy storage system 5B.

La représente un ensemble 14 de pompe à chaleur selon la présente invention comprenant deux systèmes de stockage d’énergie thermique 4A et 5A et un groupement de travail 9. Un ensemble 15 comprenant deux systèmes de stockages d’énergie thermique 4B et 5B, est relié à l’ensemble 14 de pompe à chaleur selon la présente invention. Le groupement de travail 9 est doublement relié à chaque système de stockage 4A, 4B, 5A et 5B. En outre, le système de stockage d’énergie thermique 4A est relié par un tuyau 10 au système de stockage d’énergie thermique 4B. Le système de stockage d’énergie thermique 5A est relié par un tuyau 10 au système de stockage d’énergie thermique 5B.There represents a heat pump assembly 14 according to the present invention comprising two thermal energy storage systems 4A and 5A and a working group 9. An assembly 15 comprising two thermal energy storage systems 4B and 5B, is connected to the heat pump assembly 14 according to the present invention. The working group 9 is doubly connected to each storage system 4A, 4B, 5A and 5B. Furthermore, the thermal energy storage system 4A is connected by a pipe 10 to the thermal energy storage system 4B. The thermal energy storage system 5A is connected by a pipe 10 to the thermal energy storage system 5B.

Dans les figures 4, 5, 6, 7, 8, 9 et 10, les échangeurs 6 sont placés à l’extérieur des ensembles 14, 15. Il est également possible que les échangeurs de chaleurs soient placés dans les ensembles 14, 15.In Figures 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10, the exchangers 6 are placed outside the assemblies 14, 15. It is also possible that the heat exchangers are placed in the assemblies 14, 15.

D’un point de vue concret, les ensembles 14, 15 des figures 4, 5, 6, 7, 8, 9 et 10 peuvent êtres des containers.From a concrete point of view, the sets 14, 15 of Figures 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10 can be containers.

La est une représentation en perspective de la pompe à chaleur de la insérée dans un container 14.There is a perspective representation of the heat pump of the inserted in a container 14.

La est une représentation en perspective d’une pompe à chaleur selon la présente invention comprenant deux groupements de travail montés directement (un autre mode de réalisation comprend des T comme illustré en ) en parallèle entre un premier système de stockage 4 et un second système de stockage 5.There is a perspective representation of a heat pump according to the present invention comprising two directly mounted workgroups (another embodiment includes T's as illustrated in ) in parallel between a first storage system 4 and a second storage system 5.

La permet d’illustrer une des réalisations utilisant l’avantage de la modularité apportée par cette invention.There allows us to illustrate one of the achievements using the advantage of the modularity provided by this invention.

EXEMPLESEXAMPLES

Les figures annexées peuvent être reproduites par l’utilisation des pièces décrites ci-dessous.The attached figures can be reproduced using the parts described below.

1. Turbo-Compresseur électrique et turbine1. Electric turbo-compressor and turbine

La turbine et le compresseur électrique peuvent être combinés en une seule turbomachine.The turbine and the electric compressor can be combined into a single turbomachine.

Par exemple, un turbocompresseur comprenant un compresseur électrique et une turbine, nouvellement développé pour des applications automobile et/ou piles à combustible peut être utilisé. L’un des turbocompresseurs ci-dessous peut être utilisé :For example, a turbocharger comprising an electric compressor and a turbine, newly developed for automotive and/or fuel cell applications can be used. One of the turbochargers below can be used:

- Garrett “Two-Stage Electric Compressor for Fuel Cell Electric Vehicles”- Garrett “Two-Stage Electric Compressor for Fuel Cell Electric Vehicles”

- Fisher EMTCT-120k Air / EMTCT-90k Air: Electric Micro Turbo compressor with turbine for energy recovery or similar- Fisher EMTCT-120k Air / EMTCT-90k Air: Electric Micro Turbo compressor with turbine for energy recovery or similar

- BorgWarner eTurbo-BorgWarner eTurbo

- IHI Fuel Cell Turbocharger- IHI Fuel Cell Turbocharger

- Liebherr - Electrical compressor with turbine (ETC) 25kW et 55kW- Liebherr - Electrical compressor with turbine (ETC) 25kW and 55kW

- Mitsubishi ® turbo-chargers- Mitsubishi ® turbo-chargers

- Holset® turbochargers- Holset® turbochargers

2. Système de stockage : cuves2. Storage system: tanks

Les cuves métalliques, tels que des réservoirs cylindriques métalliques, standard (acier ou inox) de différentes tailles, peuvent être isolées thermiquement et capables de contenir de l’air comprimé sous une pression jusqu’à 10 bars, entre 0,5 et 10m3, voire plus.Metal tanks, such as standard cylindrical metal tanks (steel or stainless steel) of different sizes, can be thermally insulated and capable of containing compressed air under a pressure of up to 10 bars, between 0.5 and 10m3, see more.

Il existe plusieurs dizaines de fabricants à travers le monde. Les sociétés suivantes par exemple vendent des cuves pouvant convenir :There are several dozen manufacturers around the world. The following companies, for example, sell tanks that may be suitable:

- Herpasa® ; « cuves avec isolation thermique »- Herpasa®; “tanks with thermal insulation”

- EMI air comprimé ® ; voir par exemple P 265 GH - EN10028-2 ; P 275 NH - EN10028-3 ; P 265 GH - EN10028-2 ; ou encore la cuve P 275 NH - EN10028-3- EMI compressed air ® ; see for example P 265 GH - EN10028-2; P 275 NH - EN10028-3; P 265 GH - EN10028-2; or the P 275 NH tank - EN10028-3

- Kaeser Compresseurs® ;- Kaeser Compressors®;

- Colibris Compression ® ; voir par exemple le réservoir Pauchard vertical galvanisé 2000L BP RTCABJA000- Hummingbirds Compression ® ; see for example the Pauchard vertical galvanized tank 2000L BP RTCABJA000

Claims (10)

Pompe à chaleur, préférentiellement électrique, comprenant :
- au moins deux systèmes de stockages d’énergie thermique, et
- au moins un système de restitution d’énergie thermique,
dans laquelle :
- au moins l’un des systèmes de stockage d’énergie thermique est configuré pour stocker de l’énergie thermique sous forme de chaleur à une température comprise entre + 100°C et + 800°C,
- au moins l’un des systèmes de stockage d’énergie thermique est configuré pour stocker de l’énergie thermique sous forme de froid à une température comprise entre - 100°C et + 20°C ; et
- ledit au moins un système de restitution d’énergie thermique est configuré pour restituer de manière séparée ou parallèle dans le temps la chaleur et/ou le froid, ou
- ledit au moins un système de restitution d’énergie thermique est configuré pour un fonctionnement d’une restitution parallèle pouvant être alternée avec un fonctionnement en restitution séparée dans le temps de la chaleur et/ou du froid.
Heat pump, preferably electric, comprising:
- at least two thermal energy storage systems, and
- at least one thermal energy restitution system,
in which :
- at least one of the thermal energy storage systems is configured to store thermal energy in the form of heat at a temperature between + 100°C and + 800°C,
- at least one of the thermal energy storage systems is configured to store thermal energy in the form of cold at a temperature between - 100°C and + 20°C; And
- said at least one thermal energy restitution system is configured to restore heat and/or cold separately or in parallel over time, or
- said at least one thermal energy restitution system is configured for parallel restitution operation which can be alternated with operation in separate restitution over time of heat and/or cold.
Pompe à chaleur selon la revendication 1 caractérisée en ce que :
- au moins l’un des systèmes de stockage d’énergie thermique est configuré pour stocker de l’énergie thermique sous forme de chaleur à des températures inférieures ou égales à - 20°C, préférentiellement inférieures ou égales à – 50°C, et/ou
- en ce qu’au moins l’un des systèmes de stockage d’énergie thermique est configurés pour stocker de l’énergie thermique à des températures supérieures ou égales à + 150°C, préférentiellement supérieures ou égales à + 200°C.
Heat pump according to claim 1 characterized in that:
- at least one of the thermal energy storage systems is configured to store thermal energy in the form of heat at temperatures less than or equal to - 20°C, preferably less than or equal to - 50°C, and /Or
- in that at least one of the thermal energy storage systems is configured to store thermal energy at temperatures greater than or equal to + 150°C, preferably greater than or equal to + 200°C.
Pompe à chaleur selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que lesdits au moins deux systèmes de stockages d’énergie thermique sont configurés pour stocker de l’énergie thermique sous forme de chaleur et sous forme de froid.Heat pump according to claim 1 or 2 characterized in that said at least two thermal energy storage systems are configured to store thermal energy in the form of heat and in the form of cold. Pompe à chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu’elle est configurée pour comprendre un cycle de Brayton inversé pouvant fonctionner avec un gaz tel que l’air ou l’argon.Heat pump according to any one of the preceding claims, characterized in that it is configured to comprise an inverted Brayton cycle capable of operating with a gas such as air or argon. Pompe à chaleur selon la revendication 4 caractérisée en ce qu’elle comprend un turbocompresseur, tel qu’un turbocompresseur électrique centrifuge produisant une pression inférieure ou égale à 8 bars, préférentiellement comprise entre 1 et 5 bars.Heat pump according to claim 4 characterized in that it comprises a turbocharger, such as a centrifugal electric turbocharger producing a pressure less than or equal to 8 bars, preferably between 1 and 5 bars. Pompe à chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les différents organes de fonctionnement de ladite pompe à chaleur sont isolés dans des modules, lesdits modules étant configurés pour être connectés les uns aux autres par exemple par connexions physiques tels que des vannes, des pipes à connecter et/ou des tuyaux.Heat pump according to any one of the preceding claims characterized in that the different operating members of said heat pump are isolated in modules, said modules being configured to be connected to each other for example by physical connections such as valves, pipes to connect and/or pipes. Pompe à chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu’elle est configurée pour être couplée à au moins une source de chaleur naturelle et/ou au moins une source de chaleur artificielle telle qu’une chaudière à gaz, un four à gaz, une chaleur d’origine solaire, un séchoir et/ou d’une déperdition de chaleur d’origine artificielle.Heat pump according to any one of the preceding claims, characterized in that it is configured to be coupled to at least one natural heat source and/or at least one artificial heat source such as a gas boiler, an oven gas, solar heat, a dryer and/or heat loss of artificial origin. Pompe à chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu’elle est dimensionnée pour fournir une énergie comprise entre 50 kWh à 5MWh.Heat pump according to any one of the preceding claims, characterized in that it is sized to provide energy of between 50 kWh to 5MWh. Procédé de fourniture d’énergie thermique sous forme de chaleur à une température comprise entre + 100°C et + 800°C et/ou de froid à une température comprise entre - 100°C et + 20°C, par l’utilisation d’une pompe à chaleur selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant les étapes suivantes :
(a) une étape de cycle de charge par compression mécanique d’au moins un gaz avec préférentiellement une détente mécanique dudit au moins un gaz ; et
(b) une étape de cycle de décharge sans compression et/ou détente dans laquelle l’énergie thermique est déchargée via au moins un système de restitution d’énergie thermique, par exemple via au moins une vanne, au moins un circulateur et/ou au moins un échangeur thermique.
Process for supplying thermal energy in the form of heat at a temperature between + 100°C and + 800°C and/or cold at a temperature between - 100°C and + 20°C, by the use of 'a heat pump according to any one of claims 1 to 8, comprising the following steps:
(a) a charge cycle step by mechanical compression of at least one gas with preferably mechanical expansion of said at least one gas; And
(b) a discharge cycle step without compression and/or expansion in which the thermal energy is discharged via at least one thermal energy restitution system, for example via at least one valve, at least one circulator and/or at least one heat exchanger.
Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l’étape (b) de cycle de décharge se fait en parallèle à l’étape (a) de cycle de charge.Method according to claim 9, characterized in that the discharge cycle step (b) is carried out in parallel with the charge cycle step (a).
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