SYSTÈME ET PROCÉDÉ DE TRANSPORT ET DE DISTRIBUTION D'ÉNERGIE

Abstract

 La présente invention concerne un système de transport et de distribution d'énergie (10) comportant au moins un circuit (11) dans lequel circule un fluide caloporteur, et des moyens de réception d'énergie provenant d'au moins une source d'énergie. Ce circuit comportant au moins une branche, dite branche froide (13), dans laquelle ledit fluide caloporteur circule à l'état liquide. Il comporte également au moins une branche, dite branche chaude (12), dans laquelle ledit fluide caloporteur circule à l'état gazeux. Le circuit est caractérisé en ce qu'il comporte en outre une branche, dite branche de régulation (14), ayant une connexion matérielle d'une part avec ladite branche chaude (12) et d'autre part avec ladite branche froide (13) de ce circuit. Cette branche de régulation (14) contient un mélange de fluide caloporteur à l'état liquide et à l'état gazeux.
L'invention concerne également un procédé de transport et de distribution d'énergie au moyen d'un système tel que décrit ci-dessus. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on détermine, pour une portion dudit circuit, quels sont les besoins en fluide caloporteur liquide et quels sont les besoins en fluide caloporteur gazeux et en ce que l'on utilise un dispositif de transformation (15) de ladite branche de régulation pour atteindre les besoins en fluide caloporteur liquide et en fluide caloporteur gazeux.

Description

DOMAINE TECHNIQUE

[0001] La présente invention concerne le domaine du transport et de la distribution d'énergie, en particulier d'énergie thermique. Cette énergie thermique peut être utilisée notamment pour le chauffage de bâtiments, le chauffage d'eau chaude sanitaire, la climatisation de bâtiments, la réfrigération et/ou la congélation.

[0002] Plus précisément, cette invention concerne un système de transport et de distribution d'énergie comportant au moins un circuit dans lequel circule un fluide caloporteur, et des moyens de réception d'énergie provenant d'au moins une source d'énergie, ce circuit comportant au moins une branche, dite branche froide, dans laquelle ledit fluide caloporteur circule à l'état liquide et au moins une branche, dite branche chaude, dans laquelle ledit fluide caloporteur circule à l'état gazeux.

[0003] La présente invention concerne également un procédé de transport et de distribution d'énergie au moyen d'un système tel que défini ci-dessus.

ART ANTÉRIEUR

[0004] Il existe actuellement un certain nombre de systèmes de transport et de distribution d'énergie connectés à une ou plusieurs sources d'énergie, généralement dite source chaude, dans lesquelles de l'énergie est prélevée. Cette énergie est ensuite transmise à un fluide caloporteur, par exemple au moyen d'échangeurs de chaleurs, ces échangeurs de chaleur permettant un transfert d'énergie thermique entre la source chaude et le fluide caloporteur sans échange de matière. Le fluide caloporteur est mis en circulation dans un circuit de distribution. Des consommateurs d'énergie peuvent être connectés à ce circuit de distribution, par exemple également au moyen d'échangeurs de chaleur. De l'énergie thermique peut ainsi être échangée entre le circuit de distribution et les consommateurs, que ce soit du circuit de distribution vers un consommateur ou au contraire, d'un consommateur vers le circuit de distribution.

[0005] De tels systèmes de distribution d'énergie sont souvent utilisés comme chauffage à distance, essentiellement pour chauffer des logements ou des bâtiments en général. Dans les systèmes réversibles, il est également possible de produire de l'air conditionné ou plus généralement, du froid pour la climatisation ou la réfrigération.

[0006] Dans certains systèmes connus, le fluide caloporteur est de l'eau. La source d'énergie peut notamment être de l'eau provenant de réservoirs d'eau de grande taille, tels qu'un lac. Lorsque la température du fluide caloporteur peut descendre en-dessous de 0°C, il est clair que des précautions particulières doivent être prises pour éviter que le fluide caloporteur ne gèle. Ces précautions sont en particulier l'adjonction d'antigel à l'eau.

[0007] Il existe également des systèmes de transport et de distribution d'énergie dans lesquels le fluide caloporteur est du dioxyde de carbone CO₂. Le dioxyde de carbone est intéressant notamment par la fait qu'aux températures dans lesquelles il est généralement utilisé, il ne passe pas à l'état solide. Il n'est donc pas nécessaire de prendre des précautions particulières pour l'empêcher de prendre cet état de la matière. Par ailleurs, en choisissant une combinaison de pression et de température adéquates, il est possible d'utiliser la transition de phase entre l'état gazeux et l'état liquide du dioxyde de carbone. Cette transition de phase permet une libération ou une capture d'une grande quantité d'énergie sans changement de la température. Par ailleurs, la quantité d'énergie par unité de volume est largement plus grande dans le cas où cette énergie provient d'un changement de phase entre le CO₂ liquide et le CO₂ gazeux que dans le cas où elle provient d'un changement de température de l'eau. Il en résulte que le diamètre des tubes dans lesquels circulent le fluide caloporteur peut-être nettement plus faible dans le cas où ce fluide caloporteur est du CO₂ que dans le cas où il s'agit d'eau. Il en résulte notamment une installation simplifiée.

[0008] En pratique, le système de transport et de distribution d'énergie comporte un circuit formé de deux branches. Le fluide caloporteur constitué de dioxyde de carbone circulant dans l'une des branches se trouve à l'état gazeux, alors qu'il se trouve à l'état liquide dans l'autre branche du circuit. Le transfert d'énergie est réalisé par changement de phase de l'état gazeux à l'état liquide et inversement.

[0009] Un circuit tel que décrit ci-dessus est notamment détaillé dans le document intitulé "Towards energy-autonomous cities using CO2 networks and Power to Gas storage" de Raluca Suciu, Paul Stadler, Araz Ashouri et François Maréchal, publié dans « Proceedings of ECOS 2016 » et présenté à la « 29th International Conférence on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of energy systems, Postoroz, Slovenia » du 19 au 23 juin 2016.

[0010] Ce document décrit un système de distribution d'énergie notamment prévu pour des installation d'air conditionné ou de climatisation, dont la température est typiquement comprise entre 21°C et 23°C, pour des installations de réfrigération, avec une température généralement comprise entre 1°C et 6°C, pour des installations de chauffage domestique, avec des températures comprises par exemple entre 30°C et 35°C et pour des installations de chauffage d'eau chaude sanitaire, avec une température généralement comprise entre 10°C et 60°C. Selon l'application (chauffage ou réfrigération) et selon la température du fluide caloporteur, soit le fluide caloporteur apporte de l'énergie au consommateur, soit il en prélève du consommateur.

[0011] Pour qu'un tel circuit fonctionne, il faut que la consommation d'énergie des consommateurs, soit l'énergie prélevée du circuit par ces consommateurs ou l'énergie apportée par ces consommateurs, soit équilibrée avec l'énergie apportée dans le circuit. En pratique, cela est rarement le cas et même en cas d'équilibre, cet équilibre ne dure que rarement longtemps. Une solution qui a été proposée est d'augmenter la taille du réseau de façon à augmenter le nombre de consommateurs en espérant qu'un équilibre se fasse. Ceci n'améliore en fait pas le système. Il augmente au contraire la difficulté d'installation puisqu'il est nécessaire d'augmenter la taille du réseau et de connecter un plus grand nombre de consommateurs. Par ailleurs, la consommation présentant souvent des cycles journaliers ou saisonnier, l'augmentation du nombre de consommateurs a en réalité tendance à augmenter le déséquilibre. Le circuit fonctionne donc mal, voire pas du tout dans la réalité.

[0012] Il existe donc un besoin pour un système de transport et de distribution d'énergie qui soit fonctionnel en pratique, qui permette une utilisation très souple et en particulier qui puisse être adapté aux besoins des utilisateurs à n'importe quel moment, et qui ait un rendement aussi important que possible.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

[0013] La présente invention permet de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus en proposant un système de transport et de distribution d'énergie, dans lequel il est possible d'équilibrer la demande en énergie avec la quantité d'énergie disponible, de façon très souple et très rapide, tout en offrant un bon rendement, en particulier en diminuant l'énergie perdue.

[0014] Ces buts sont atteints par un système de transport et de distribution d'énergie tel que défini en préambule et caractérisé en ce qu'il comporte en outre une branche, dite branche de régulation, ayant une connexion matérielle d'une part avec ladite branche chaude et d'autre part avec ladite branche froide de ce circuit et en ce que ladite branche de régulation contient un mélange de fluide caloporteur à l'état liquide et à l'état gazeux.

[0015] Les buts de l'invention sont également atteints par un procédé tel que défini en préambule et caractérisé en ce que l'on détermine, pour une portion dudit circuit, quels sont les besoins en fluide caloporteur liquide et quels sont les besoins en fluide caloporteur gazeux et en ce que l'on utilise un dispositif de transformation pour atteindre les besoins en fluide caloporteur liquide et en fluide caloporteur gazeux.

[0016] Du fait de sa souplesse en ce qui concerne l'utilisation et le réglage, le système de l'invention permet de récupérer de l'énergie de sources qui ne sont souvent pas utilisées parce que leurs caractéristiques physiques ne correspondent pas aux besoins des installations existantes. De telles sources peuvent être par exemple des eaux de refroidissement d'installations industrielles, du liquide de retour d'un chauffage à distance, de l'énergie thermique de panneaux photovoltaïques ou d'autres types de sources d'énergie généralement considérées comme inutilisables. Il est clair qu'il est également possible d'utiliser des sources d'énergie « conventionnelles », notamment de l'énergie électrique de panneaux photovoltaïques, de l'eau chaude du liquide « aller » d'un chauffage à distance, ou de l'énergie thermique de panneaux solaires thermiques.

[0017] Cette énergie récupérée peut ensuite être utilisée comme apport dans un circuit dans lequel circule du dioxyde de carbone utilisé comme fluide caloporteur. Ce circuit comporte au moins une branche, dite branche chaude, dans laquelle le dioxyde de carbone circule sous forme gazeuse et une branche, dite branche froide, dans laquelle le fluide caloporteur circule sous forme liquide. Ces deux branches sont reliées entre elles par au moins un dispositif permettant de modifier l'état du fluide caloporteur, cet état étant liquide ou gazeux. Il est clair que lors de la transition d'un état à l'autre, un mélange se forme et le fluide caloporteur peut comporter une part de dioxyde de carbone sous forme gazeuse et une part sous forme liquide.

[0018] Le système de l'invention comporte en outre une branche permettant d'adapter les besoins ou les demandes en énergie par rapport à l'énergie disponible, ce qui permet à l'ensemble du système de fonctionner de façon optimale. Par ailleurs, le surplus d'énergie, à savoir l'énergie disponible qui n'est pas utilisée, peut être stockée sous plusieurs formes, par exemple sous forme de réserve d'énergie thermique ou sous forme d'énergie électrique. Lorsque la demande en énergie est plus grande que l'énergie disponible, l'énergie stockée peut être utilisée pour pallier au manque. L'ensemble du système peut ainsi être équilibré aussi bien au niveau des demandes immédiates en énergie que sur le long terme.

[0019] Dans le système de l'invention, les différences de température entre la branche chaude et la branche froide peuvent être choisies de façon à être relativement faibles, notamment du fait de l'enthalpie massique importante du dioxyde de carbone. Par ailleurs, la température de la branche chaude et de la branche froide peut être proche de la température du registre terrestre à faible profondeur, typiquement entre 1 m et 2 m. En outre, le fluide caloporteur peut-être constamment mise en circulation. Du fait de la faible différence de température entre les branches du circuit et le registre terrestre, et de la circulation continue du fluide caloporteur, il y a peu de pertes d'énergie entre les branches du circuit et le sol. Cela signifie en particulier qu'il n'est pas nécessaire d'isoler les tubes formant les branches dans lesquelles circulent le fluide caloporteur. Ceci simplifie l'installation et diminue les coûts de l'ensemble du système.

[0020] Le système de l'invention est également intéressant par le fait qu'il permet de former de portions de circuit, ces portions pouvant être indépendantes les unes des autres ou au contraire être connectées les unes aux autres. Cet aspect connecté ou indépendant des portions de circuit peut être modifié automatiquement, en fonction des besoins et des ressources de chaque portion.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

[0021] La présente invention et ses avantages seront mieux compris en référence aux figures annexées et à la description détaillée d'un mode de réalisation particulier, dans lesquelles :

• la figure 1 est une vue schématique générale d'un système de transport et de distribution d'énergie selon la présente invention ;
• la figure 2 illustre un exemple de réalisation possible du système de transport et de distribution d'énergie selon la présente invention, différents types de consommateurs d'énergie étant également illustrés ; et
• la figure 3 est un abaque représentant les différents états du dioxyde de carbone CO₂ en fonction de la pression et de la température, ainsi que l'enthalpie massique en fonction de ces paramètres.

MODE DE REALISATION DE L'INVENTION

[0022] En référence à la figure 1, le système de transport et de distribution d'énergie 10 selon l'invention comporte au moins un circuit 11 dans lequel circule un fluide caloporteur. Dans un mode de réalisation concret, le fluide caloporteur comporte du dioxyde de carbone. Ce dioxyde de carbone est particulièrement intéressant par le fait qu'il est susceptible de subir une transition de phase entre l'état liquide et l'état gazeux à des températures et des pressions atteignables en pratique dans des installations techniquement réalisables. Par ailleurs, à ces températures et pressions, il ne subit pas de changement de phase vers l'état solide, qui rendrait le système inutilisable. Enfin, la quantité d'énergie échangée par unité de masse du dioxyde de carbone, ou enthalpie massique, est importante, ce qui implique qu'il est possible de transférer ou de transporter une grande quantité d'énergie pour un volume restreint.

[0023] Le circuit 11 de l'invention comporte au moins trois branches. L'une des branches, dite branche chaude 12, contient du dioxyde de carbone CO₂ à l'état gazeux. A titre d'exemple, la température du gaz dans cette branche chaude peut être supérieure à 12°C, par exemple d'environ 15°C et de préférence entre 15°C et 60°C. Il est à noter que cette température est indicative. En effet, elle peut varier en fonction de plusieurs paramètres, notamment du type de consommateurs d'énergie connectés au circuit et de leurs besoins spécifiques, du type de sources d'énergie disponibles et de leurs caractéristiques qui elles-mêmes peuvent varier en fonction de cycles journaliers ou saisonniers notamment, de même que de l'endroit où les mesures sont prises dans le circuit. Par ailleurs, la température peut également varier dans le temps en fonction de l'énergie prélevée ou de l'énergie reçue par le circuit.

[0024] La pression du dioxyde de carbone dans la branche chaude 12 peut être comprise entre 10 bars et 60 bars. De manière similaire à la température, la pression du dioxyde de carbone dans la branche chaude peut également varier en fonction de l'endroit dans cette branche et en fonction de l'instant pendant lequel la mesure est faite.

[0025] Le circuit comporte une deuxième branche, dite branche froide 13, contenant du dioxyde de carbone à l'état liquide. La température du CO₂ liquide est également variable dans la branche froide, notamment en fonction de l'endroit dans la branche. Cette température est toutefois plus basse que la température du gaz dans la branche chaude 12. A titre d'exemple, la température dans la branche froide 13 peut être inférieure à 15°C et être par exemple comprise entre 10°C et 12°C.

[0026] Le système 10 de l'invention comporte en outre une branche de régulation 14. Celle-ci est connectée matériellement d'une part à la branche chaude 12 du circuit et d'autre part à la branche froide 13 de ce circuit. La branche de régulation 14 a pour rôle d'assurer l'équilibrage du circuit 11 en ce qui concerne les besoins en chaleur et en réfrigération. Cette connexion matérielle permet un échange de matière entre la branche de régulation 14 et les branches chaude 12 et froide 13.

[0027] La branche de régulation 14 peut avantageusement également être connecté thermiquement à la branche froide 13 au moyen d'un échangeur de chaleur 8. Ce dernier est agencé pour transférer de l'énergie entre la branche de régulation 14 et la branche froide sans que de la matière ne soit échangée.

[0028] La branche de régulation 14 contient en principe un mélange de CO₂ à l'état gazeux et à l'état liquide, à température et pression constante par zone de la branche de régulation. L'absorption ou la libération d'énergie est réalisée en modifiant la proportion de CO₂ liquide et de CO₂ gazeux.

[0029] La branche de régulation 14 du circuit 11 de l'invention comporte au moins un dispositif de transformation 15 dont la fonction est de modifier la température et/ou la pression du fluide caloporteur lorsque ce dernier passe dans ce dispositif de transformation. De façon concrète, le dispositif de transformation 15 peut essentiellement prendre quatre formes distinctes. Selon une première forme, ce dispositif de transformation peut comprendre un compresseur 16. Ce dernier agit sur le dioxyde de carbone à l'état gazeux et a pour effet d'augmenter la pression dans le gaz. Cette augmentation de pression a également pour effet d'augmenter la température du gaz. L'état du dioxyde de carbone gazeux n'est pas modifié.

[0030] Selon une deuxième forme, le dispositif de transformation peut comprendre un détendeur 17. Ce dernier agit également sur le dioxyde de carbone à l'état gazeux et a pour effet de diminuer la pression dans le gaz. Cette diminution de pression a pour effet de diminuer la température du fluide caloporteur. En fonction de la diminution de la température et de la pression, l'état du dioxyde de carbone gazeux peut être modifié en état liquide ou au contraire, rester à l'état gazeux.

[0031] Selon une troisième forme, le dispositif de transformation peut comprendre un dispositif de chauffage 18. Ce dernier peut agir sur le dioxyde de carbone à l'état gazeux et à l'état liquide et augmente la température du fluide caloporteur. Cette augmentation de température, lorsqu'elle est appliquée au dioxyde de carbone liquide, peut avoir pour effet de générer une transition de phase, de l'état liquide à l'état gazeux. En fonction de l'ampleur de l'augmentation de la température, le dioxyde de carbone peut également rester à l'état liquide ou former un mélange de gaz et de liquide.

[0032] Selon une quatrième forme de réalisation, le dispositif de transformation peut comprendre un dispositif de refroidissement 19. Ce dernier peut agir aussi bien sur le dioxyde de carbone à l'état gazeux que sur le dioxyde de carbone à l'état liquide. Il diminue la température du fluide caloporteur. Cette diminution de température, lorsqu'elle est appliquée au dioxyde de carbone gazeux, peut avoir pour effet de générer une transition de phase, de l'état gazeux à l'état liquide. De manière similaire au chauffage, en fonction de l'ampleur de la diminution de la température, le dioxyde de carbone peut également rester à l'état gazeux ou former un mélange de gaz et de liquide.

[0033] Dans la figure 1, le dispositif de chauffage 18 est le dispositif de refroidissement 19 ont été illustrés par le même élément. Au contraire, le compresseur 16 et le détendeur 17 ont été représentés comme deux éléments distincts. En pratique, il est possible d'utiliser un même élément pour le chauffage et le refroidissement du fluide caloporteur ou au contraire deux éléments distincts. De manière similaire, il est possible d'utiliser un même élément pour comprimer le fluide caloporteur ou le détendre, ou au contraire d'utiliser deux éléments distincts.

[0034] Une zone de la branche de régulation 14 est définie comme une partie de cette branche de régulation comprise entre deux dispositifs de transformation 15 consécutifs. En principe, la température, la pression et la proportion de dioxyde de carbone liquide et de dioxyde de carbone gazeux dans une zone de la branche de régulation 14 sont sensiblement les mêmes dans toute la zone. La température, la pression et/ou la proportion de dioxyde de carbone liquide et de dioxyde de carbone gazeux peuvent par contre varier d'une zone à l'autre de la branche de régulation 14. À titre d'exemple, la pression peut-être de l'ordre de 45 bars et la température de l'ordre de 10°C dans une zone. Cette température et cette pression peuvent être les mêmes ou sensiblement les mêmes dans une autre zone de la branche de régulation, la proportion de dioxyde de carbone de liquide et de dioxyde de carbone gazeux pouvant être différente dans ces deux zones. Comme indiqué plus haut, cette pression peut généralement être comprise entre 15 et 100 bars, la température de transition dépendant de cette pression. Cette pression peut-être fixe dans le temps ou au contraire être variable et être adapté aux besoins du système, en particulier en fonction du moment de la journée ou de l'année, de manière à adapter le système de façon dynamique aux besoins des consommateurs et aux ressources disponibles.

[0035] Le système de l'invention peut comporter, sur certaines branches et ou certaines zones, un élément de stockage 9 permettant de gérer la quantité de fluide caloporteur dans les différents endroits du circuit. Bien que ces éléments de stockage ne soient pas indispensables, ils facilitent la gestion du circuit. Ces éléments de stockage 9 sont illustrés uniquement sur la figure 1. Il est clair qu'ils peuvent également être utilisés dans le mode de réalisation représenté par la figure 2.

[0036] Par ailleurs, pour assurer une circulation du fluide caloporteur dans le sens souhaité, la branche froide 13 peut en particulier comporter une ou plusieurs pompes 7. La branche chaude 12 peut comporter un ou plusieurs compresseurs ou une ou plusieurs vannes, notamment des vannes anti-retour et ou des vannes à contrôle de pression aval 6.

[0037] Comme on peut le voir sur la figure 1 en particulier, le compresseur 16 de la branche de régulation 14 comporte une entrée reliée à la branche chaude 12 du circuit et/ou à la branche de régulation 14 de ce circuit. Une sortie du compresseur 16 est reliée à la branche de régulation 14 de sorte que le gaz comprimé est introduit dans cette branche de régulation. En fonction de son état, le dioxyde de carbone sortant du compresseur 16 peut être introduit dans la branche chaude 12, dans la branche froide 13 ou dans la branche de régulation 14 du circuit. La quantité ou la proportion de dioxyde de carbone transférée à chacune de ces branches peut notamment dépendre des besoins en énergie, de l'énergie disponible et des quantités de dioxyde de carbone liquide et de dioxyde de carbone gazeux contenus dans le mélange sortant du compresseur 16.

[0038] Le dispositif de chauffage 18, de même que le dispositif de refroidissement 19, qui sont représentés sur la figure 1 par le même élément, comportent une entrée qui est reliée à la branche chaude 12 du circuit, à la branche froide 13 de ce circuit ainsi qu'à la branche de régulation 14. Ce dispositif de chauffage 18 ou de refroidissement 19 comporte une sortie qui est également reliée à la branche chaude 12, à la branche froide 13 et à la branche de régulation 14 du circuit. En fonction des besoins du système, il est ainsi possible d'introduire dans le dispositif de chauffage 18 et dans le dispositif de refroidissement 19, du dioxyde de carbone liquide, du dioxyde de carbone gazeux et/ou un mélange de dioxyde de carbone à l'état gazeux et liquide. De manière similaire, en fonction du réchauffement ou du refroidissement du fluide caloporteur, il est possible de choisir la quantité de dioxyde de carbone liquide et de dioxyde de carbone qui ressort du dispositif de chauffage 18 et du dispositif de refroidissement 19. Le dioxyde de carbone liquide peut être introduit en totalité ou en partie dans la branche froide 13 du circuit. Le dioxyde de carbone gazeux peut être introduit en totalité ou en partie dans la branche chaude 12 du circuit. Le dioxyde de carbone qui n'est pas introduit dans la branche correspondante du circuit est conservé dans la branche de régulation 14. Le choix des quantités ou des proportions qui sont dirigées vers chacune des branches est réalisé de façon à ce que le circuit 11 soit équilibré en terme de demande et de besoins, de telle façon que ce circuit soit fonctionnel.

[0039] Les connexions entre les différents dispositifs de transformation et les différentes branches du circuit sont généralement réalisées au moyen de vannes 20 ou d'éléments similaires, permettant de choisir et de régler les quantités de chaque fluide qui est déviée vers chaque branche du circuit ou vers chaque dispositif de transformation. Ces vannes 20 sont généralement commandées automatiquement, en fonction des besoins de l'ensemble du circuit.

[0040] Le système 10 de l'invention est connecté à au moins une source d'énergie 21, par exemple de l'eau provenant d'un conduit de retour d'un chauffage à distance. Il est à noter que généralement, la chaleur de ce conduit de retour est considérée comme inutile du fait qu'elle contient l'énergie qui n'a pas été prélevée par le chauffage à distance.

[0041] Il est clair que d'autres sources d'énergie peuvent être utilisées, comme par exemple de l'énergie contenue dans un liquide de refroidissement d'une installation industrielles, d'une installation de production d'énergie ou d'autres installations similaires. Des panneaux solaires photovoltaïques et/ou thermiques peuvent également être utilisés comme source d'énergie. Par ailleurs, il est possible de combiner plusieurs sources d'énergie. Il est par exemple possible d'utiliser une source d'eau combinée avec un ou plusieurs panneaux solaires.

[0042] La connexion entre la ou les sources d'énergie et l'une des branches du circuit du système de l'invention peut se faire au moyen d'un échangeur de chaleur 22 dans le cas où la source d'énergie provient d'un fluide tel que de l'eau. Un tel échangeur est intéressant par le fait qu'il permet un transfert d'énergie entre deux fluides, du fluide chaud vers le fluide froid, sans toutefois qu'il y ait un échange de matière. Un tel échangeur de chaleur peut notamment être un échangeur à plaques.

[0043] Dans le cas où l'une des sources d'énergie produit de l'énergie électrique, celle-ci peut être utilisée directement pour faire fonctionner les composants du système qui requièrent une alimentation électrique. Elle peut également être convertie en énergie thermique.

[0044] Dans le mode de réalisation illustré par les figures 1 et 2, trois sources d'énergie 21a, 21b, 21c sont représentées. Deux d'entre elles (21a, 21b) contiennent de l'énergie dans un fluide, en particulier de l'eau. Ces sources d'énergie sont connectées à un échangeur de chaleur 22. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, l'un des échangeurs de chaleur est connecté à la branche chaude 12 du circuit, dans laquelle circule le dioxyde de carbone sous forme gazeuse et l'autre échangeur de chaleur est connecté à la branche froide 13 du circuit, dans laquelle circule le dioxyde de carbone sous forme liquide.

[0045] La troisième source d'énergie 21c illustrée est un panneau solaire photovoltaïque. L'électricité produite par ce panneau peut être utilisée en direct par les composants du système, en particulier les dispositifs de transformation 15; elle peut être stockée sous forme d'électricité dans des batteries ou des supercondensateurs notamment ; elle peut également être convertie en énergie thermique et être stockée par exemple dans le registre terrestre. Elle pourrait également être convertie pour être stockée dans des piles à combustible par exemple.

[0046] Les panneaux solaires photovoltaïques produisent également de l'énergie thermique qui est généralement inutilisée. Dans l'invention, cette énergie thermique peut-être récupérée par exemple au moyen d'un ou plusieurs échangeurs de chaleur (non représentés) et être également utilisée comme source d'énergie.

[0047] A titre d'exemple concret, l'une des sources d'énergie (21a) peut être un conduit de départ d'un dispositif de chauffage à distance et avoir une température comprise entre 70°C et 90°C. L'autre source d'énergie (21b) peut être un conduit de retour du dispositif de chauffage à distance et avoir une température comprise entre 25°C et 50°C. Le dioxyde de carbone à l'état gazeux peut avoir une température supérieure ou égale à une valeur comprise entre 12°C et 15°C alors que le dioxyde de carbone à l'état liquide peut avoir une température inférieure ou égale à la température du dioxyde de carbone à l'état gazeux. La température de transition entre l'état liquide et l'état gazeux du dioxyde de carbone varie en fonction de la pression. La pression du dioxyde de carbone telle qu'utilisée dans l'invention peut varier en fonction de l'endroit du circuit. Elle est généralement comprise entre 10 bars et 60 bars. Selon un exemple de réalisation concret, la pression du dioxyde de carbone peut être de l'ordre de 45 bars. La température de transition de phase du dioxyde de carbone est d'environ 10°C à cette pression. La température de transition de phase en fonction de la pression est visible sur la figure 3. La pression réelle du dioxyde de carbone peut être supérieure ou inférieure à cette valeur dans certaines zones du circuit.

[0048] Le système 10 de l'invention peut être utilisé selon différents modes d'utilisation décrits en référence à la figure 2. Cette figure 2 illustre différents types de consommateurs d'énergie, représentatifs de différents modes d'utilisation de l'invention. Selon l'un de ces modes, le système est utilisé pour de la climatisation ou la production d'air conditionné. Ce type de consommateur porte la référence 23 sur la figure 2. Dans un tel mode d'utilisation, l'air résultant peut avoir une température généralement comprise entre 10°C et 25°C. La température du dioxyde de carbone liquide étant en principe inférieure à la température de l'air conditionné, du dioxyde de carbone liquide est prélevé de la branche froide 13 pour être transmis à un échangeur de chaleur 24 du circuit de climatisation. Cet échangeur de chaleur 24 est en contact avec l'air à refroidir. Dans l'échangeur de chaleur, le dioxyde de carbone liquide se vaporise au contact de l'air chaud. La vaporisation du dioxyde de carbone a pour effet de consommer une quantité importante d'énergie, qui est prélevée à l'air contenu ou circulant dans l'échangeur de chaleur 24. Ceci a pour effet de refroidir cet air et de fournir ainsi une climatisation. Le dioxyde de carbone vaporisé est ensuite envoyé dans la branche contenant du dioxyde de carbone à l'état gazeux, soit la branche chaude 12.

[0049] Le système de l'invention peut également être utilisé pour de la réfrigération. Ce mode d'utilisation porte la référence 25 sur la figure 2. Dans ce cas, la température résultante est généralement comprise entre 0°C et 6°C. Pour ceci, du dioxyde de carbone à l'état liquide est prélevé de la branche froide 13 du système. Ce dioxyde de carbone liquide a une température généralement supérieure à la température de réfrigération, par exemple de l'ordre de 10°C, selon un mode de réalisation concret. Le dioxyde de carbone liquide est dénommé « liquide chaud » dans ce mode d'utilisation précis. Ce liquide chaud est introduit dans une pompe à chaleur 26, qui prélève de l'énergie du dioxyde de carbone à l'état liquide et qui produit donc du dioxyde de carbone liquide dont la température est inférieure à la température du dioxyde de carbone à l'entrée de la pompe à chaleur 26. Ce dioxyde de carbone liquide sortant de la pompe à chaleur est dénommé ici « liquide froid ». La température du liquide froid est inférieure ou égale à la température de réfrigération, qui est généralement comprise entre 0°C et 6°C comme indiqué plus haut.

[0050] Le « liquide froid » est introduit dans un échangeur de chaleur 27 du circuit de réfrigération dont une partie reçoit un fluide de réfrigération. Ce fluide de réfrigération est refroidi dans l'échangeur de chaleur 27 et peut être utilisé dans un système de réfrigération adapté.

[0051] Le dioxyde de carbone liquide froid entrant dans l'échangeur de chaleur 27 ayant reçu une partie de l'énergie du fluide de réfrigération, sa température est plus élevée à la sortie de l'échangeur de chaleur qu'à l'entrée. À la sortie, le dioxyde de carbone peut-être à l'état liquide. Dans ce cas, il peut être introduit directement dans la branche froide 13 du circuit. Il peut être introduit dans la branche de régulation 14 du circuit. Comme cela est illustré par la figure 2, il peut en outre être envoyé à un dispositif de chauffage 18 et être vaporisé pour être envoyé dans la branche de régulation 14 ou dans la branche chaude 12 du circuit.

[0052] Le dioxyde de carbone peut également se trouver à l'état gazeux et être introduit dans la branche de régulation 14 ou dans la branche chaude 12 du circuit, éventuellement après avoir traversé un dispositif de transformation 15 tel qu'un compresseur 16 ou un dispositif de chauffage 18.

[0053] Selon un troisième mode d'utilisation, représenté par la référence 28 sur la figure 2, le système de l'invention est utilisé pour produire de l'eau chaude, notamment de l'eau chaude sanitaire, à une température comprise entre 15°C et 60°C environ. A cet effet, une boucle de chauffage est connectée au circuit de l'invention. Cette boucle de chauffage comporte un compresseur 29 et un échangeur de chaleur 30. Du dioxyde de carbone à l'état gazeux est prélevé dans la branche chaude 12 correspondante du circuit. Ce dioxyde de carbone est comprimé dans le compresseur 29 de la boucle de chauffage, à une pression suffisante pour que sa température augmente selon les besoins de l'application. Le gaz ainsi comprimé et chauffé est ensuite injecté dans l'échangeur de chaleur 30 de cette boucle de chauffage, dans lequel il cède une partie de son énergie à de l'eau circulant également dans l'échangeur de chaleur 30. Selon la quantité d'énergie cédée, le dioxyde de carbone peut se trouver soit à l'état gazeux soit à l'état liquide en sortie de l'échangeur de chaleur 30. S'il se trouve à l'état liquide, il peut être réinjecté directement dans la branche froide 13 du système ou dans la branche de régulation 14. S'il se trouve à l'état gazeux, il peut être réinjecté, de manière similaire, directement dans la branche chaude 12 du système ou dans la branche de régulation 14. Il peut également être injecté dans un détendeur qui diminuera la pression du gaz et sa température. Suite à cette diminution de température, il pourra être injecté dans la branche froide 13 du circuit, dans laquelle le dioxyde de carbone circule à l'état liquide.

[0054] Il est à noter que l'énergie libérée lors de la détente et de la baisse de température pourra être récupérée par un mécanisme adéquat, notamment une turbine 31. Cette dernière peut alors produire de l'énergie électrique qui peut être utilisée dans le circuit, transférée à distance à un réseau électrique ou un autre circuit notamment, ou stockée pour un usage ultérieur.

[0055] Dans un quatrième mode d'utilisation, représenté par la référence 32 sur la figure 2, le système est utilisé comme chauffage domestique. La température est alors comprise typiquement entre 16°C et 35°C.

[0056] Dans ce mode d'utilisation, le système de l'invention est relié à une boucle de transfert d'énergie 33 et à un circuit de chauffage. La boucle de transfert d'énergie a pour rôle d'établir une jonction thermique entre les branches de dioxyde de carbone à l'état liquide et l'état gazeux d'une part, et le circuit de chauffage d'autre part. Cette boucle de transfert d'énergie 33 comporte un premier échangeur de chaleur 34 connecté thermiquement avec les branches de dioxyde de carbone à l'état liquide et l'état gazeux et un deuxième échangeur de chaleur 35 connecté thermiquement avec le circuit de chauffage. La boucle de transfert d'énergie 33 comporte en outre un compresseur 36 et une pompe à chaleur 37. Elle contient également un fluide caloporteur qui circule dans au moins une partie de cette boucle à l'état gazeux. Ce fluide caloporteur peut être du dioxyde de carbone.

[0057] Dans ce mode d'utilisation, le chauffage fonctionne de la façon suivante. Du dioxyde de carbone à l'état gazeux, provenant de la branche chaude 12 du circuit de l'invention, est introduit dans le premier échangeur de chaleur 34. Ce dioxyde de carbone échange de la chaleur avec le fluide caloporteur qui circule dans la boucle de transfert d'énergie. Dans cet endroit de la boucle de transfert d'énergie, le fluide caloporteur se trouve à l'état gazeux. Dans cette partie spécifique de la boucle, le fluide caloporteur est dénommé « gaz froid ». Ce « gaz froid » est introduit dans le compresseur 36, dans lequel il est comprimé pour atteindre une température égale ou supérieure à la température souhaitée pour le circuit de chauffage, soit généralement une température comprise entre 16°C et 35°C. Le fluide caloporteur ressortant du compresseur 36 est nommé ici « gaz chaud ». Ce « gaz chaud » est ensuite introduit dans le deuxième échangeur de chaleur 35, dans lequel il fournit de l'énergie thermique au circuit de chauffage.

[0058] Après avoir cédé une partie de son énergie au circuit de chauffage, la température du fluide caloporteur a diminué. Ce fluide caloporteur peut se trouver à l'état liquide ou gazeux, en fonction de la diminution de la température. Le fluide caloporteur sortant du deuxième échangeur de chaleur 35 est introduit dans la pompe à chaleur 37 de la boucle de transfert d'énergie. La pompe à chaleur est adaptée en particulier à l'état du fluide caloporteur. De l'énergie est prélevée de ce fluide caloporteur par cette pompe à chaleur, ce qui a pour effet de refroidir le fluide caloporteur qui peut de nouveau être utilisé dans le premier échangeur de chaleur de la boucle de transfert d'énergie et recommencer ainsi le cycle décrit plus haut.

[0059] Comme mentionné plus haut, du dioxyde de carbone à l'état gazeux est introduit dans le premier échangeur de chaleur 34 de la boucle de transfert d'énergie. En sortie de ce premier échangeur de chaleur, le dioxyde de carbone peut se trouver à l'état liquide ou à l'état gazeux. Si le dioxyde de carbone se trouve à l'état liquide, il peut être introduit directement dans la branche froide 13 du circuit. Si le dioxyde de carbone se trouve à l'état gazeux, il peut être introduit par exemple dans un compresseur, dans lequel le dioxyde de carbone à l'état gazeux est transformé en dioxyde de carbone à l'état liquide. Ce dernier est ensuite réinjecté dans la branche froide 13 du système selon l'invention. En fonction des besoins du système, il est également possible d'envoyer le dioxyde de carbone à la branche de régulation 14 et/ou à la branche chaude 12, éventuellement après un passage dans un dispositif de transformation de façon à régler la température, la pression et/ou la proportion de dioxyde de carbone liquide et gazeux.

[0060] Le circuit de régulation tel que décrit dans l'invention permet de réguler l'ensemble du système de l'invention, en fonction des besoins des utilisateurs. Il permet ainsi de transformer du dioxyde de carbone à l'état liquide en dioxyde de carbone à l'état gazeux et inversement, selon les besoins. Ainsi, le système peut être équilibré en termes de demande en énergie et en termes d'approvisionnement en énergie, ce qui permet à ce système d'être réglé de façon dynamique et donc de fonctionner de façon optimale.

[0061] Selon une variante, les dispositifs de transformation 15 peuvent utiliser de l'énergie renouvelable, telle que de l'énergie solaire, ou de l'énergie provenant des sources d'énergie du système. L'ensemble du système peut donc fonctionner avec des sources d'énergie qui ne sont généralement pas utilisées ou des sources d'énergie renouvelables, rendant ainsi ce système particulièrement intéressant du point de vue économique et écologique.

[0062] Par ailleurs, le circuit de régulation peut également être connecté à un circuit de stockage d'énergie. Dans le cas où le système produit plus d'énergie qu'il n'en consomme, ce qui peut arriver notamment à certains moments de la journée ou à certaines périodes de l'année, de l'énergie peut être stockée. Selon une variante intéressante, le stockage peut être effectué dans le registre terrestre. Le surplus d'énergie peut également être converti en une autre forme d'énergie, par exemple de l'énergie électrique, en particulier au moyen de turbines, et être stockée sous cette forme.

[0063] Lorsqu'au contraire, le système consomme plus d'énergie qu'il n'en produit, à d'autres moments de la journée ou à d'autres périodes de l'année, de l'énergie peut être prélevée du registre de stockage et utilisée comme source d'énergie du système.

[0064] De façon générale, il est possible de stocker du chaud ou du froid dans différents éléments de stockage et notamment dans le registre terrestre. Il est également possible d'utiliser le dioxyde de carbone liquide ou gazeux dans une ou plusieurs turbine, de façon à produire de l'électricité. Cette électricité peut être utilisé localement en direct ; elle peut être utilisée à distance ou elle peut être stockée dans les batteries ou des supercondensateurs. Elle peut également être transformée en une autre forme d'énergie telle que de l'énergie thermique et être utilisée directement ou stockée pour un éventuel usage ultérieur.

[0065] Le système de l'invention est donc particulièrement souple et efficace et peut être utilisé dans un grand nombre de configurations et de circonstances.

[0066] Le système de l'invention a été décrit avec du dioxyde de carbone comme fluide caloporteur. Ce dernier est intéressant de par ses propriétés. En effet, il subit une transition de phase à des températures et des pressions atteignables dans des installations techniquement réalisables. Il ne subit pas de transformation vers l'état solide dans les conditions d'utilisation habituelles du système. Il bénéficie d'une enthalpie massique importante. Il n'est pas toxique, se trouve en quantités abondantes et les coûts liés à son utilisation sont relativement faibles. D'autres fluides caloporteurs ne sont toutefois pas exclus. Il est en effet envisageable d'utiliser des fluides caloporteurs ayant des propriétés équivalentes, et en particulier des mélanges de différents fluides.

Revendications

1. Système de transport et de distribution d'énergie comportant au moins un circuit dans lequel circule un fluide caloporteur, et des moyens de réception d'énergie provenant d'au moins une source d'énergie, ce circuit comportant au moins une branche, dite branche froide (13), dans laquelle ledit fluide caloporteur circule à l'état liquide et au moins une branche, dite branche chaude (12), dans laquelle ledit fluide caloporteur circule à l'état gazeux, ce circuit étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre une branche, dite branche de régulation (14), ayant une connexion matérielle d'une part avec ladite branche chaude (12) et d'autre part avec ladite branche froide (13) de ce circuit et en ce que ladite branche de régulation (14) contient un mélange de fluide caloporteur à l'état liquide et à l'état gazeux.

2. Système de transport et de distribution d'énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche de régulation (14) comporte au moins un dispositif de transformation (15) agencé pour modifier la température et/ou la pression dudit fluide caloporteur.

3. Système de transport et de distribution d'énergie selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de transformation (15) comporte au moins un compresseur (16), un détendeur (17), un dispositif de chauffage (18) ou un dispositif de refroidissement (19).

4. Système de transport et de distribution d'énergie selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de réception d'énergie provenant d'au moins une source d'énergie comportant au moins un échangeur de chaleur.

5. Système de transport et de distribution d'énergie selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce que ledit fluide caloporteur comporte du dioxyde de carbone.

6. Système de transport et de distribution d'énergie selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce que la température du fluide caloporteur dans la branche froide (13) du circuit est inférieure à la température du fluide caloporteur dans la branche chaude (12) du circuit et en ce que la température du fluide caloporteur dans la branche froide (13) du circuit est inférieure 20°C.

7. Système de transport et de distribution d'énergie selon la revendication 6, caractérisé en ce que la température du fluide caloporteur dans la branche chaude (12) du circuit est supérieure à 12°C.

8. Système de transport et de distribution d'énergie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la branche de régulation (14) est connectée thermiquement à la branche froide (13) dudit circuit.

9. Système de transport et de distribution d'énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche froide (13) du circuit comporte au moins une pompe (7) de mise en circulation du fluide caloporteur.

10. Système de transport et de distribution d'énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche chaude (12) du circuit comporte au moins un compresseur de mise en circulation du fluide caloporteur.

11. Système de transport et de distribution d'énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la branche chaude (12) du circuit comporte au moins une vanne anti-retour.

12. Système de transport et de distribution d'énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'une des branches (12,13, 14) dudit circuit comporte un dispositif de stockage de fluide caloporteur.

13. Procédé de transport et de distribution d'énergie au moyen d'un système comportant au moins un circuit (10) dans lequel circule un fluide caloporteur et des moyens de réception d'énergie provenant d'au moins une source d'énergie, ce circuit comportant au moins une branche, dite branche froide (13), dans laquelle ledit fluide caloporteur circule à l'état liquide au moins une branche, dite branche chaude (12), dans laquelle ledit fluide caloporteur circule à l'état gazeux, et au moins une branche, dite branche de régulation (14), ayant une connexion matérielle d'une part avec ladite branche chaude (12) et d'autre part avec ladite branche froide (13) de ce circuit, cette branche de régulation (14) contenant un mélange de fluide caloporteur à l'état liquide et à l'état gazeux, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on détermine, pour une portion dudit circuit, quels sont les besoins en fluide caloporteur liquide et quels sont les besoins en fluide caloporteur gazeux et en ce que l'on utilise un dispositif de transformation (15) pour atteindre les besoins en fluide caloporteur liquide et en fluide caloporteur gazeux.

Dessins