Brevet FR2489487A1 — publié le 19820305

L'invention concerne un système de pompes à chaleur pour l'utilisation de la chaleur perdue ou de sources de chaleur naturelles, ainsi qu'une installation pour la mise en oeuvre de ce système. On connaît déjà des installations utilisant la chaleur perdue comme énergie primaire. La possibilité d'utilisation de l'eau de refroidissement des centrales électriques pour des systèmes de chauffage à distance est connue. Cependant, jusqu'à present, des inconvenients importants s'opposent à la réalisation de cette possibilité. Ces inconvénients résident en ce que a) les centrales sont le plus souvent éloignées des centres utilisateurs (économiquement les éloignements favorables sont de l'ordre de 10 km) b) la chaleur perdue présente normalement un niveau de température trop faible pour etre utilisée pour le chauffage et la production d'eau chaude, de sorte que de la chaleur additionnelle doit etre apportée, cette chaleur devant par exemple être apportée au niveau de la centrale à la fin du processus de génération du courant c) des pertes de chaleur considérables sur le chemin de l'utilisateur doivent être prises en compte, lorsque l'on n'a pas entrepris une dépense importante d'isolation des tuyaux c) l'eau de retour provenant du système de chauffage éloigné n'est pas utilisable pour un nouveau cycle de refroidissement de la centrale, car sa température est encore trop élevée. On connaît également des systèmes de pompes à chaleur, qui rendent disponible la chaleur des sources d'énergie naturelles pour le chauffage. Ces pompes à chaleur tirent de l'énergie de l'air extérieur, des eaux souterraines ou de la terre et l'amène à un niveau de température suffisant pour être utilisée au chauffage. Dans un tel système, il y a cependant des inconvénients : - l'air, quoique disponible de façon illimitée, ne peut être utilisé économiquement que jusqu'à une température extérieure supérieure ou égale à 30C. Cela signifie que lors de températures plus basses, il faut recourir à un combustible primaire - la source de chaleur constituée par les eaux souter raines se maintient d'elle-même une température constante de 9 à 11 C, même les jours d'hiver les plus froids. Cependant, les eaux souterraines ne sont pas disponibles de façon illimitée ; - Utiliser la chaleur terrestre pose le problème 'd'installer un système de tuyaux important. L'utilisation de la chaleur naturelle en combinaison avec plusieurs sources de chaleur dans un système multivalent entraine des dépenses techniques importantes. L'inconvénient le plus important de tous les systèmes de pompes a chaleur connues résident en ce qu'une utilisation pratique du potentiel d'énergie extrait ne peut avoir lieu qu'avec un niveau de température au maximum égal à 500C. Ceci suppose pour le chauffage des locaux une grande-superficie de radiateurs installés par exemple sous forme de chauffage par le sol dans les constructions d'habitation modernes. L'objet de la présente invention est un système de pompes à chaleur pour utiliser la chaleur perdue ou des sources de chaleur naturelles comme les eaux souterraines, l'eau des lacs et des fleuves et principalement l'utilisation des eaux rejetées par les centrales et l'industrie pour le chauffage de locaux, ainsi qu'une installation pour la mise en oeuvre du système de pompes de chaleur selon l'invention. A cette fin, selon l'invention, le système de pompes a chaleur pour l'utilisation de la chaleur perdue ou des sources de chaleur naturelles est remarquable par la combinaison de deux systèmes connus en soi, du type à absorption de chaleur d'un porteur d'énergie, tel que des eaux rejetées ou analogue, le transfert de cette chaleur dans un système de distribution et de stockage travaillant par hydrogénation et l'utilisation du potentiel de chaleur extrait par commutat: inverse du système lors du renversement du processus. Grâce au processus selon l'invention, on peut avec une très faible énergie obtenir la production de chaleur avec niveau de température très élevé. L'installation fonctionnant selon le processus du système selon l'invention peut égalemen dans le cas de réseaux de chauffage éloignés, être disposée a un faible niveau de température. Selon l'invention, la chaleur perdue est rendue utilisable sous la forme d'un couplage thermique équilibré. De même, la charge thermique pour l'environnement et également la pollution de l'atmosphère sont diminuées, puisque l'on est en position d'interdire totalement les chaudières à mazout ou à gaz pour le chauffage des locaux. Partout où de la chaleur perdue d'origine industrielle n'est pas disponible, on peut mettre en oeuvre l'invention pour des sources d'énergie naturelles. L'intervention selon l'invention d'hydrures métalliques se caractérise à ce propos en ce que, en plus d'un processus de réaction que l'on peut suspendre, se dégagent des quantité de chaleur élevées en fonction du choix de l'hydrure et de la pression. I1 peut avantageusement en résulter la conversio de température à un niveau de 800C, comme c'est le cas dans les systèmes de chauffage conventionnels par utilisation de chaudières å mazout et à gaz. Lors de l'adaptation à un nouveau système, il n'y a qu'à remplacer la chaudière à mazout ou à gaz par une pompe à chaleur. Tous les autres appareils, comme les radiateurs et les appareils de réglage peuvent subsister sous forme conventionnelle. De même, l'eau d'utilisation est disponible comme auparavant à une température suffisante. Un autre avantage important par rapport aux pompes à chaleur usuelles dû aux réservoirs d'hydrures réside en ce que le dégagement d'hydrogène contenu dans l'hydrure est combiné avec un changement d'enthalpie relativement important. Cela signifie que les énergies de conversion rapportées à la masse du moyen de transmission de chaleur (sous la forme d'hydrogène) sont sensiblement plus grandes que les quantités d'énergie qui peuvent être emmagasinées par le chauffage du milieu. Ainsi, grâce au déplacement de quantités d'hydrogène relativement petites, on obtient la transmission indirecte d'une grande quantité de chaleur. Ceci signifie cependant pour lé déplacement du porteur de chaleur H2 un faible rendement de déplacement ou d'entraînement. Il en résulte que par l'imposition d'une pression déterminée, on peut agir de façon quelle transfert de chaleur ait lieu à un niveau de chaleur désiré. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une représentation schématique d'une installation selon l'invention pour un système à pompes de chaleur. La figure 2 illustre la liaison d'un réseau éloigné à faible température à une centrale avec possibilité de variantes, par exemple en dépendance avec un réseau de distribution d'eau potable. Sur la figure 1, un récipient 1 servant de source de chaleur est relié par des conduites 6, 28 à un réservoir d'hydrure 8, une pompe d'alimentation 2 et une vanne 3 a quatre voies étant disposées sur la conduite 6. Le réservoir 8 est relié 9 un autre réservoir d'hydrure 9 par l'interme- diaire de conduites 17 et 18 ou 29 et 29a, dans lesquelles sont prévues des vannes å deux voies 14 et 15 et un compressez 11. Le réservoir 9 est en liaison avec le récipient 1 par l'intermédiaire de conduites 24 et 23 provenant de la vanne à quatre voies 3 et traversant la vanne à quatre voies 4. La conduite 12 relie le réservoir 9 à un dispositif d'utilisation 16 et des conduites 26 et 19 reviennent de l'utilisateur 16, une vanne à deux voies 21 et une pompe de circulation 10 étant interposées dans la conduite 19. Cet agencement est prévu pour le cycle de travail A. A partir du réservoir d'hydrure 8, une conduite 13 mène à l'utilisateur 16 et des conduites 27 et 20 reviennent de l'utilisateur 16 vers le réservoir 8, la encore des dispositifs tels que la vanne à deux voies 21 et la pompe de circulation 10 étant interposées dans les conduites 26 et 19. Le système de retour en provenance des réservoirs d'hydrures 8 et 9 comporte des conduites 22 et 24, ainsi qu'une conduite 7, les conduites 22, 23 et 24 comprenant les vannes à quatre voies 3 et 4 et étant reliées à la conduite 25, qui sert pour le retour du porteur de chaleur dans le réservoir 5. La commutation par l'intermédiaire des conduites 13, 27 et 20 permet la commande du cycle de travail B. Par mise en oeuvre du système de pompage à chaleur, on peut utiliser comme porteur d'énergie, par exemple la chaleur naturelle de l'eau de conduite, qui de façon connue présente une température supérieure ou égale a 120C. Ce moyen de chaleur est prélevé du récipient 1. Par utilisation du cycle de travail A, le réservoir 8 est rempli d'hydrogène tandis qu'au contraire le réservoir 9 est vidé. Le porteur d'énergie (par exemple l'eau de conduite) est amené par une pompe 2, par l'intermédiaire de la vanne 3, dans l'enveloppe du réservoir a hydrure 8. Il en résulte que le faisceau tubulaire rempli d'hydrure est parcouru par l'eau, de sorte que celle-ci cède son énergie thermique au réservoir d'hydrure 8. L'eau s'écoule ensuite par les conduites 22, 24 et 25 dans le récipient 5. La quantité de chaleur prélevée dans le récipient 8 entraîne par suite de l'échauffement, la libération d'hydrogène gazeux avec augmentation de pression. Cet hydrogène est par l'intermédiaire de conduites 17 et 18 et sous l'action d'aspiration et de compression du compresseur 11 introduit sous pression dans le réservoir 9. Puisque l'entrée d'hydrogène dans l'hydrure en fonction de la pression est liée à la formation de températures élevées et à la libération de grandes quantités de chaleur, ces quantités de chaleur peuvent être mises à la disposition du dispositif utilisateur 16 par l'intermédiaire du circuit formé par les conduites 12, 26 et 19. La pompe 10 fait de plus circuler un milieu porteur d'énergie. A la fin du cycle de travail A, le circuit agencé en parallèle (conduites 13, 27 et 20) est bloqué par la vanne à deux voies 21. De même, le porteur d'énergie est au repos dans les conduites 7 et 23. -Lorsqu'en adaptation aux propriétés spécifiques physiques de l'hydrure utilisé, l'hydrogène introduit dans le système est transmis au récipient 9, le cycle de travail A est termine. La réversibilité selon l'invention résulte du passage au cycle de travail B, comme cela est décrit ci-après - Actionnement des vannes à quatre voies 3 et 4 (rotation de 900), - Actionnement des soupapes à deux voies 14 et 15 (rotation à 90") - Actionnement de la vanne à deux voies 21 (rotation de 900). A la suite de cette commutation pour le cycle de travail B, le porteur d'énergie est sorti du récipient 1 au moyen d'une pompe de circulation 2 et par l'intermédiaire de la vanne 3, de la conduite 24, de la vanne 4, de la conduite 23 est transmis à l'enveloppe du réservoir 9 puis par l'intermédiaire des conduites 7 et 25 au récipient 5. Le processus de prélèvement d'énergie du réservoir 9 et le transfert d'énergie avec élévation du niveau de température par rendement de compression dans le réservoir 8 correspond dans toutes ces particularités au cycle de travail A. Il est également possible de brancher l'un derrière l'autre deux ou plusieurs systèmes, pour amener le niveau de température obtenu dans le premier système par étapes à un niveau de température plus élevé. Sur la figure 2, on a représenté l'un des domaines d'utilisation avantageux du système de pompes à chaleur en liaison avec une centrale électrique. La centrale 30 fournit l'énergi électrique produite en 31 à l'utilisateur 33 par l'intermédiaire de la liaison 32, cet utilisateur 33 étant une pompe à chaleur conforme à l'invention. La centrale 30 délivre de plus, par sa partie chaleur perdue 34, par l'intermédiaire d'une conduite 35, de la chaleur à un échangeur de chaleur 36 et alimente avec la chaleur qui est transmise le circuit 37 et également le système de pompe à chaleur 33. Le milieu parcourant l'échangeur de chaleur 36 est ramené en circuit fermé à la centrale électrique par l'intermédiaire d'une conduite de retour 38 et d'une tour de refroidissement 39.De cette manière, la chaleur perdue tombant à la température la plus basse est utilisable à de grandes distances pour des fins de chauffage par exemple dans des locaux collectifs. Le milieu est donc refroidi de sorte que l'on améliore le fonctionnement de la centrale. En variante, comme cela est représente sur la gauche de la figure 2, l'énergie électrique 31 et la chaleur perdue 34 peuvent être amenées par l'intermédiaire de conduites 40 et 41 à un dispositif de chauffage 42 constitué de systèmes de pompes à chaleur selon l'invention, ce dispositif de chauffage ramenant la chaleur d'utilisation prélevée sur la chaleur perdue par une canalisation 43 à un dispositif utilisateur 44. Le milieu parcourant l'appareil de chauffage 42 est ramené par un circuit fermé par l'intermédiaire d'une conduite 45 ou en cas de besoin par l'intermédiaire d'une tour de refroidissement 46 de la centrale. REVENDICATIONS 1.- Système de pompes à chaleur pour l'utilisation de la chaleur perdue ou de sources de chaleur naturelles, caractérisé par la combinaison de deux systèmes connus en soi du type à absorption de chaleur d'un porteur d'énergie, tel que les eaux rejetées et analogue, le transfert de cette chaleur dans un système de distribution et de stockage travaillant par hydrogénation et l'utilisation du potentiel de chaleur extrait par commutation inverse du système lors du renversement du processus. 2.- Installation pour la mise en oeuvre du système de pompe à chaleur selon la revendication 1, caractérisée par les particularités suivantes a) un récipient (1) servant de source de chaleur est relié d'un côté à un réservoir (8) d'hydrure par des conduites (28), (6) et par l'intermédiaire d'une pompe d'alimentation (2) et d'une vanne à quatre voies (3) et de l'autre côté à un réservoir (9) d'hydrure par des conduites (28,24,23) et par l'intermédiaire d'une vanne a quatre voies (4) ; b) le réservoir (8) est également relié au réservoir (9) par l'intermédiaire de conduites (17,18,29,30) dans lesquelles sont interposées des vannes à deux voies (14,15) ainsi qu'un compresseur (11) ; ; c) les réservoirs (8,9) sont en liaison par des conduites (12,26,19) ou (13,27,20) avec un dispositif utilisateur (16), une vanne a deux voies (21) et une pompe de circulation (10) étant interposées dans les conduites (26,19) ou (27,20). d) les réservoirs (8,9) sont reliés à un réservoir de réception (5), d'une part par l'intermédiaire de conduites (22,24,25) y compris les vannes à quatre voies (3,4), et d'autre part par l'intermédiaire de conduites (7,23,25) y compris la vanne à quatre voies (4). 3.- Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que deux ou plusieurs systemes sont branchés les uns à la suite des autres.