EP4116640B1 - Système de production de froid et d'électricité à partir d'une source thermique à basse température, permettant un réglage du rapport entre production de froid et production électrique - Google Patents

Système de production de froid et d'électricité à partir d'une source thermique à basse température, permettant un réglage du rapport entre production de froid et production électrique Download PDF

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EP4116640B1
EP4116640B1 EP22183504.4A EP22183504A EP4116640B1 EP 4116640 B1 EP4116640 B1 EP 4116640B1 EP 22183504 A EP22183504 A EP 22183504A EP 4116640 B1 EP4116640 B1 EP 4116640B1
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EP
European Patent Office
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generator
absorber
cold
ejector
production
Prior art date
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Application number
EP22183504.4A
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German (de)
English (en)
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EP4116640A1 (fr
Inventor
Hai Trieu Phan
Simone BRACCIO
Nicolas Tauveron
Nolwenn LE PIERRES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Savoie Mont Blanc
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Universite Savoie Mont Blanc
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Universite Savoie Mont Blanc, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B15/00—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
    • F25B15/02—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas
    • F25B15/04—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas the refrigerant being ammonia evaporated from aqueous solution
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2341/00—Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermodynamic systems for the co-production of electrical energy and thermal energy, more particularly cold, from a low-temperature thermal source.
  • the applications of the invention are numerous, among which mention may be made of the field of stationary systems, with heat sources such as heat discharges from industrial processes, solar thermal, biomass, geothermal energy, gas turbines.
  • This problem is particularly significant for the mobility sector because it is responsible for a large part of the energy consumption and the emission of greenhouse gases both for the propulsion itself and for the on-board systems (cold).
  • thermodynamic cycle as such can, alone, achieve all of these functionalities.
  • Ammonia-water absorption systems have advantages that have already been clearly identified, such as allowing negative temperatures to be reached as well as the use of pressures higher than ambient, compared to H 2 O-LiBr absorption cycles. Furthermore, such systems do not include any fluid that could contribute to the destruction of the ozone layer or to the increase of the greenhouse effect, as is the case with most organic fluids used in refrigeration.
  • ES2512990B1 Also known from the patent ES2512990B1 a system for the coproduction of electricity and cold comprising, in addition to the traditional components of a system implementing an absorption cycle, an expander and an ejector arranged downstream of the expander, which has no positive impact on the production of electricity.
  • the D/ function is not possible with a system according to ES2512990B1 .
  • variable section ejectors have recently been used in mechanical vapor compression cycles, with the aim of improving the performance of these cycles outside the nominal point: see for example the publication [3].
  • the ejector can be a simple ejector or with a variable neck section.
  • jector is meant here and in the context of the invention, a mechanical assembly exploiting the depression created by the Venturi effect and making it possible to compress a secondary fluid by mixing it with the pressurized primary fluid, the assembly not comprising any moving parts transmitting energy to the fluids.
  • variable neck section ejector is meant here and in the context of the invention an ejector in which the dimensions of the ejector which are mainly the diameters of the section of the sonic neck and/or of the mixer can be varied.
  • the working fluid comprises ammonia (NH 3 ) as refrigerant and water (H 2 O) as absorbent.
  • NH 3 ammonia
  • H 2 O water
  • Other refrigerant/absorbent pairs may be suitable.
  • the fluid circuit comprises an exchanger arranged on a bypass fluid line, bypassing the fluid connection between the evaporator and the absorber, the bypass line being connected to the fluid injector secondary of the ejector, so that the exchanger heats the secondary fluid before it enters the ejector.
  • the turbine is configured to drive the working fluid circulation pump.
  • the system comprises a refrigerant rectifier, arranged between the generator and the condenser.
  • the flows of so-called rich and lean solutions of the working fluid are separated at the output of the generator or at the output of the rectifier.
  • the fluid at the outlet of the working fluid circulation pump is used as the cold source of the rectifier.
  • the system comprises a bypass fluidic line between the ejector and the absorber, so as to increase the pressure of the working fluid in the latter.
  • the system comprises, as heat source, low temperature heat advantageously between 70°C and 150°C.
  • Another subject of the invention is the use of a system for producing cold and electrical energy as described above for electrical production with a power greater than 100 kWe.
  • the invention essentially consists of a system for producing electricity and cold as described in the application EP3748274A1 to choose a supersonic turbine to reduce the leakage rate and guarantee the efficiency of electricity production, and to add a simple or variable-section ejector upstream, making it possible to continuously increase cold production while maintaining the efficiency of electricity production.
  • the system comprises a working fluid management module piloting a set of adjustment valves, two expansion valves whose opening is adjustable and controls the speed of the pump according to the fluctuation of the hot source or the needs.
  • the ejector according to the invention makes it possible to increase the flow rate passing through the cold part of the working fluid circuit, and therefore the cold power produced, while maintaining good electrical production efficiency (function D/).
  • the D0/ function is ensured by changing the section of the ejector so as to optimize its performance for each operating condition.
  • component C1 fluidically connected to component C2 is synonymous with “C1 is in fluid connection with C2” does not necessarily mean that there is no member between C1 and C2.
  • the expressions "arranged on” or “on” are synonymous with “fluidly connected to”.
  • the set of adjustment valves which operate in on/off mode to carry out the various operations of the system according to the invention described with reference to the figures 1 to 5 is not designated by a reference numeral.
  • a valve considered when a valve considered is in an off state to carry out one of the operations of the system, it is indicated by the symbol in the form of a cross in the figure considered.
  • direct exchange or direct coupling is meant that the exchange of thermal energy takes place directly without any intermediate circuit or component.
  • the direct exchange in the condenser or the evaporator takes place directly between the refrigerant and, for example, an air flow.
  • the system for producing electrical energy and cold according to the invention comprises an absorption machine and a heat source, preferably a low temperature heat source advantageously between 70° C. and 150° C., such as waste heat, which may be fluctuating, such as a solar source or waste heat linked to the start-up of a heat engine or intermittent industrial waste.
  • a heat source preferably a low temperature heat source advantageously between 70° C. and 150° C., such as waste heat, which may be fluctuating, such as a solar source or waste heat linked to the start-up of a heat engine or intermittent industrial waste.
  • An absorption machine uses as a working solution a binary mixture, one of the components of which is more volatile than the other, and constitutes the refrigerant.
  • the refrigerant/absorbent working solution is preferably the ammonia/water (NH 3 /H 2 O) couple.
  • the concentrations of the working fluid and the absorbent in the working solution are adapted to the pressure and the temperature of the air treatment and lower than the crystallization concentration of the solution.
  • the NH 3 /H 2 O couple can be used for air conditioning applications, but also for refrigeration and there is no possible crystallization on the operating ranges in pressure and temperature.
  • this couple the difference in vapor pressure between the absorbent and the refrigerant is low. There are therefore traces of water taken away with the ammonia vapor at the outlet of the generator 1 sometimes requiring the presence of a rectifier 13.
  • the absorption machine comprises a set of four main exchangers, namely a generator 1, a condenser 2, an evaporator 3 and absorber 4, and preferably at least one secondary exchanger.
  • the absorption machine further comprises at least one solution pump 9 and an expansion valve 10 of a loop 11 and an expansion valve 12.
  • the machine operates at three temperature levels: a low temperature level corresponding to the production of cold at the evaporator 3, an intermediate temperature level corresponding to the temperature of condensation of the refrigerant fluid, but also to that of absorption of the refrigerant fluid by the absorbent and a high temperature level corresponding to the driving temperature of the generator 1.
  • the absorption machine comprises a fluidic absorption circuit 100 configured to ensure the fluidic connection of the various components of the system and in particular of the absorption machine.
  • the absorption fluidic circuit 100 is a closed circuit intended to receive the working solution.
  • the absorption machine operates at high pressure between pump 9 upstream of generator 1 and expansion valve 12, downstream of condenser 2, and at low pressure between expansion valve 2, downstream of condenser 2 and pump 9 upstream of generator 1.
  • the generator also commonly called desorber 1 allows the heat exchange between the heat source and the working fluid.
  • a generator 1 therefore comprises a hot source inlet and outlet, not shown, allowing the supply of heat necessary for the vaporization of the refrigerant of the working solution.
  • Generator 1 is fluidically connected to condenser 2 and absorber 4.
  • an economizer 8 described below is arranged between generator 1 and absorber 4 to allow the entry of the so-called rich working solution into the generator 1 and the exit of the so-called lean working solution from the generator 1.
  • the expansion valve 10 allows the pressure of the lean working solution to be released before it is transmitted to the absorber 4.
  • a rectifier 13 is arranged between the generator 1 and the condenser 2.
  • the rectifier 13 possibly makes it possible to rectify the working solution, by removing by condensation the traces of water entrained with the working fluid.
  • the condenser 2 makes it possible to reject heat from the working fluid towards a source at intermediate temperature, by condensing the vapor of refrigerant fluid.
  • Condenser 2 is fluidically connected to generator 1 and to evaporator 3.
  • the fluidic connection between generator 1 and condenser 2 allows the entry of refrigerant vapor into the latter.
  • the expansion valve 12 brings the refrigerant to its evaporation pressure and therefore allows the exit from the condenser 2 of the refrigerant in the liquid state.
  • Condenser 2 also includes a cooling source such as air circulation to ensure its normal operation.
  • the phase change of the refrigerant from the vapor state to the liquid state is accompanied by a release of heat which is transmitted for example to the circulating air flow.
  • the heated air is exhausted from the system.
  • the sub-cooler 6 is arranged between the condenser 2 and the evaporator 3, and between the evaporator 3 and the absorber 4, and makes it possible to sub-cool the refrigerant at the inlet of the evaporator 3 and to preheat the refrigerant in the vapor state at the outlet of the evaporator 3.
  • the sub-cooler 6 therefore makes it possible to reduce the dimensions of the condenser 2 and of the evaporator 3 and thus significantly improve the performance of the machine.
  • the expansion valve 12 is arranged between the sub-cooler 6 and the evaporator 3.
  • the evaporator 3 makes it possible to take heat from the cold source in order to vaporize the refrigerant fluid.
  • the evaporator 3 is fluidly connected to the condenser 2 and to the absorber 4.
  • the phase change of the refrigerant from the liquid state to the vapor state within the evaporator 3 is accompanied by a transmission of heat from the hot source to the outlet of the the evaporator 3, to the refrigerant.
  • This hot source transmits calories and thus sees its temperature drop.
  • the evaporator 3 is the location for the production of cold temperatures.
  • the absorber 4 makes it possible to exchange calories between the working fluid and a source at intermediate temperature, to condense the refrigerant vapor coming from the evaporator 3.
  • the absorber 4 is fluidically connected to the evaporator 3 and to the generator 1 by the loop 11.
  • the pump 9 of this loop 11 makes it possible to circulate the working solution in the circuit 100. More precisely, the pump 9 is intended to circulate the rich working solution from the absorber 4 in the direction of the generator 1. The pump 9 consumes little electricity.
  • the pump 9 is fluidically connected to the economizer 8 through which the rich working solution is heated before being transmitted to the generator 1.
  • the economizer 8 transmits heat from the lean solution coming from the generator 1 to the rich solution coming from the absorber 4.
  • the absorber 4 is fluidly connected to the generator 1 to allow the entry of the lean working solution coming from the generator 1 into the absorber 4 .
  • the expansion valve 10 is arranged between the generator 1 and the absorber 4.
  • the phase change of the refrigerant from the vapor state to the liquid state is accompanied by a release of heat which is transmitted to a cooling source such as an air flow.
  • the heated air is exhausted from the system.
  • a supersonic turbine 5 as an expander driving a generator is arranged between the generator 1 and the absorber 4, by-passing the condenser 2 and the evaporator 3.
  • This supersonic turbine 5 has a reduced leakage rate and it guarantees the efficiency of the electrical production.
  • a single or variable-section ejector 50 is arranged to continuously increase cold production while maintaining the efficiency of electrical production.
  • the ejector 50 can be simple or with variable section, as detailed below.
  • a simple ejector 50 is optimized for a given ratio between cold production and electricity production (function D/), while a variable section ejector 50 allows very precise and efficient regulation for all the ratios between electricity production and cold production (function D0/).
  • the hydraulic connection allows the entry of the refrigerant in the vapor state from the generator 1 directly into the turbine 5 or indirectly, in bypass mode through the ejector 50.
  • a superheater 7 is arranged between the generator 1 and the turbine 5, preferably between the ejector 50 and the turbine to allow an additional heat exchange between a hot source, not shown, and the working fluid in order to obtain better quality steam at the inlet of the turbine 5.
  • the turbine 5 is fluidly connected to the absorber 4 to allow the exit of the refrigerant in the state of expanded vapor from the turbine 5 to the absorber 4 according to a mode of production of electrical energy.
  • the exchanger 14 is arranged on a fluidic line 15 branching from the fluidic connection between the evaporator 3 and the absorber 4. This fluidic line 15 is connected to the secondary fluid injector (driven) of the ejector 50.
  • the exchanger 14 makes it possible to heat the secondary fluid before it enters the ejector 50.
  • the supersonic turbine 5 is advantageously connected to an electric generator which makes it possible to transform the mechanical energy recovered by the turbine 5 into electricity by producing an electric power W turb .
  • the supersonic turbine 5 is configured to allow electrical production greater than 100 kWe, that is to say medium power or even high power of 1 MWe.
  • the system according to the invention further comprises a module for managing the circulation of the working solution within the circuit 100 and the various components of the system which have just been described.
  • the management module is configured to set system operating conditions based on power requirements and source fluctuations, as detailed below. It can be a production of cold alone, or the production of electrical energy, or a co-production of cold and electrical energy, depending on the temperatures of the sources, the price of electricity, etc.
  • This management module comprises the adjustment valves (on/off valves not shown), the two expansion valves 10, 12, the opening of which is adjustable and a control unit which controls the speed of the pump 9, in order to allow fine adjustment of the circulation flow rates of the working solution and the refrigerant for the implementation of the system operation modes according to the fluctuation of the hot source or the needs.
  • the system and the management module according to the invention have the advantage of being compact, advantageously requiring only a few additional components such as valves, possibly temperature and pressure sensors, which reduces the costs and the bulk allowing the system according to the invention to be used in mobile applications.
  • the working solution circulation management module initiates circulation of the working solution in a conventional absorption cycle. To do this, the module closes the adjustment valves on the fluidic line on either side of the ejector 50 and the turbine 5 as well as on the bypass line 15 upstream of the exchanger 14. The function A/ is thus performed.
  • the refrigerant in the working solution leaves generator 1 and passes through rectifier 13 before arriving in condenser 2.
  • the refrigerant leaves condenser 2 to pass through subcooler 6, and expansion valve 12, before arriving in evaporator 3.
  • the refrigerant leaves evaporator 3 to pass through subcooler 6 before arriving in absorber 4.
  • the refrigerant gene is absorbed by the absorbent and the so-called rich working solution emerges from the absorber 4 to circulate in the loop 11.
  • the rich working solution successively passes through the pump 9 and the economizer 8 before arriving in the generator 1.
  • the lean working solution leaves the generator 1 to pass successively through the economizer 8 and the expansion valve 10 before arriving in the absorber 4.
  • the production of cold thus takes place at the level of the evaporator 3 during the evaporation of the refrigerant which is accompanied by a cooling of the hot source.
  • the cooled hot source can then be used for example for air conditioning.
  • the working solution circulation management module triggers circulation of the working solution following a Rankine cycle, more specifically a Kalina cycle. To do this, the module closes the adjustment valves on the fluidic line on either side of the ejector 50, on the fluidic line between the generator 1 and the rectifier 13 downstream of the bypass of the turbine line 5 as well as on the line between the evaporator 3 and the absorber 4 upstream of the bypass of the turbine line 5. The function B/ is thus performed.
  • the refrigerant in the working solution leaves the generator 1 and crosses the superheater 7 before arriving in the turbine 5.
  • the refrigerant leaves the turbine 5 to emerge in the absorber 4.
  • the refrigerant is absorbed by the absorbent and the rich working solution leaves the absorber 4 to cross the loop 11 as described with reference to picture 2 before returning to generator level 1. Electricity is produced by turbine 5 connected to an electric generator.
  • the working solution circulation management module initiates circulation of the working solution through an absorption cycle and a power generation cycle. To do this, the module only closes the adjustment valves on the fluidic line on either side of the ejector 50. The function C/ is thus performed. Due to the implementation of a supersonic turbine 5, the flow rate is a function of the upstream-downstream pressure jump and thus the ratio between the cold and electrical powers produced is fixed and cannot be changed.
  • the refrigerant of the working solution is directed partially towards the part of the circuit 100 implementing a cold production cycle and partially towards the other part implementing an electricity production cycle.
  • Part of the refrigerant at the outlet of generator 1 is diverted to supersonic turbine 5 while the other part circulates to condenser 2 by crossing rectifier 13 upstream.
  • the refrigerant leaves condenser 2 to cross sub-cooler 6 and expansion valve 12 before arriving in evaporator 3.
  • the refrigerant is absorbed by the absorbent and the rich working solution leaves the absorber 4 to circulate in the loop 11 and therefore successively passes through the pump 9, the economizer 8 before arriving in the generator 1.
  • the lean working solution leaves the generator 1 to pass successively through the economizer 8 and the expansion valve 10 before arriving in the absorber 4.
  • the part of the refrigerant passing through the supersonic turbine 5 passes through the superheater 7 upstream.
  • the refrigerant then emerges compressed from the turbine 5 to emerge in the absorber 4.
  • the refrigerant coming from the turbine 5 and the refrigerant coming from the evaporator 3 are mixed before passing through the loop 11.
  • the refrigerant is absorbed by the absorbent and the rich working solution leaves the absorber 4 to circulate in the loop 11 comprising the economizer 8, the pump 9 and the expansion valve 10 as described above.
  • the production of cold takes place at the level of the evaporator 3 during the evaporation of the refrigerant fluid which is accompanied by a cooling of the hot source.
  • the cooled hot source can then be used for example for air conditioning.
  • the electricity is produced by the supersonic turbine 5 connected to an electric generator.
  • the working solution circulation management module initiates circulation of the working solution according to an absorption cycle and a power generation cycle with a ratio between the two. To do this, the module only closes the adjustment valves on the fluidic line branching off from that of the ejector 50 between the generator 1 and the turbine 5: thus all the working fluid necessarily passes through the ejector 50 before leading to the supersonic turbine 5.
  • the function D/ and preferably D0/ are thus achieved.
  • the ejector 50 makes it possible to increase the flow rate passing through the cold part of the circuit 100, and therefore the cold power produced, while maintaining good efficiency in the production of electricity by the turbine 5.
  • the function D0/ is ensured by changing the section of the ejector with variable neck section so as to optimize its performance for each operating condition.
  • the refrigerant of the working solution is directed partially towards the part of the circuit 100 implementing a cold production cycle and partially towards the other part implementing an electricity production cycle.
  • Part of the refrigerant leaving the generator 1 is diverted to the supersonic turbine 5 while the other part circulates to the condenser 2 by crossing the rectifier 13 upstream.
  • the refrigerant leaves the condenser 2 to cross the sub-cooler 6 and the expansion valve 12 before arriving in the evaporator 3.
  • the refrigerant leaves the evaporator 3 to cross the sub-cooler 6.
  • the refrigerant is absorbed by the absorbent and the rich working solution leaves the absorber 4 to circulate in the loop 11 and therefore successively passes through the pump 9, the economizer 8 before arriving in the generator 1.
  • the lean working solution leaves the generator 1 to pass successively through the economizer 8 and the expansion valve 10 before arriving in the absorber 4.
  • the part of the refrigerant passing through the supersonic turbine 5 necessarily passes upstream through the ejector 50 which increases the flow rate and then the superheater 7. The refrigerant then comes out compressed from the turbine 5 to emerge in the absorber 4.
  • the refrigerant coming from the turbine 5 and the refrigerant coming from the evaporator 3 are mixed before passing through the loop 11.
  • the refrigerant is absorbed by the absorbent and the rich working solution leaves the absorber 4 to circulate in the loop 11 comprising the economizer 8, the pump 9 and the expansion valve 10 as described above.
  • the increased cold production compared to the figure 4 takes place at the level of the evaporator 3 during the evaporation of the refrigerant which is accompanied by a cooling of the hot source.
  • the cooled hot source can then be used for example for air conditioning.
  • the electricity is produced by the supersonic turbine 5 connected to an electric generator.
  • Tables 1 and 2 below illustrate the performances that can be achieved with this example of a typical configuration for the operating modes allowing functions A/ to D0 to be performed, case 3 being the comparative one
  • COP Qhot Wturb + wpump
  • Qchaud is the power
  • Q ⁇ des delivered by the heat source at the level of the generator 1 in the form of heat
  • Wturb the electric power delivered by the turbine 5
  • Wpump the electric power consumed by the pump 9.
  • T e is the temperature external to the evaporator
  • T c the temperature external to the condenser
  • T g the temperature external to the generator.
  • the ejector 50 according to the invention is dimensioned at the nominal flow on the turbine 5 for the electrical production (function D/).
  • An example of the arrangement of an ejector 50 upstream of the superheater 7 and the supersonic turbine 5 is shown in figure 6 .
  • the ejector 50 is in this configuration sized so as to have a critical flow rate of 10 kg/h and a small drive ratio.
  • variable section ejector 50 makes it possible to finely and efficiently regulate the electrical production for different speeds (D0/ function).
  • the turbine In all the operating modes in which the turbine 5 operates (functions B/, C/ D/ and D0/), the turbine may not be connected to an electric generator and produce mechanical work only.
  • the flows of the working fluid can be separated at the output of rectifier 13, rather than at the output of generator 1 according to the configuration shown in figure 1 .
  • the fluid leaving the pump 9 can be used as a cold source in order to rectify the ammonia.
  • a bypass fluidic line can be added to increase the pressure of the absorber 4 from the ejector 50.
  • the system can comprise at least one cold storage module associated with the evaporator 3.
  • the cold storage thus allows energy storage when the source and the need are not concomitant.
  • the stored cold can be removed from storage in the form of cold or in the form of electricity depending on the needs.
  • the cold storage module can be a Phase Change Material thermal storage system or directly a cold fluid storage.
  • the cold storage module is associated with the evaporator 3 to store cold during operation for the production of cold.
  • the cold storage module is also associated with the absorber 4 to destock cold to the absorber 4 when a cooling source is desired, that is to say in particular in the different operating modes.
  • the system can include a cold storage module associated with the absorber 4 to remove cold storage.
  • the system can also comprise at least one calorie storage module associated with the absorber 4 or associated with the generator 1 to destock the calories.
  • the system can comprise at least one electricity storage module associated with the supersonic turbine 5 and more specifically with the electric generator associated with the turbine 5.
  • the electricity storage thus allows energy storage when the source and the need are not concomitant.
  • the stored electricity can be destocked in the form of cold or else in the form of electricity depending on the needs.
  • electric batteries can be provided.

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Description

    Domaine technique
  • La présente invention concerne le domaine des systèmes thermodynamiques pour la coproduction d'énergie électrique et d'énergie thermique, plus particulièrement de froid, à partir d'une source thermique à basse température.
  • Les applications de l'invention sont nombreuses parmi lesquelles on peut citer le domaine des systèmes stationnaires, avec des sources thermiques telles que les rejets thermiques de procédés industriels, le solaire thermique, la biomasse, la géothermie, les turbines à gaz.
    • Technique antérieure
  • Les politiques énergétiques actuelles posent le problème de la gestion de la fluctuation ou de l'intermittence des sources, mais aussi de la maitrise de la variabilité des pics de demande énergétique et cela tout en valorisant des sources de chaleur de bas niveau thermique, typiquement de 80 à 150°C, telles que le solaire thermique, les chaleurs fatales abondantes mais de faible contenu exergétique.
  • En outre, une vigilance particulière est à porter à la production de froid et d'électricité, demandes énergétiques stationnaires en forte croissance et habituellement responsables de fortes émissions de gaz à effet de serre, en particulier lors des pics de demande.
  • Cette problématique est particulièrement prégnante pour le secteur de la mobilité car il est responsable d'une grande partie de la consommation énergétique et de l'émission de gaz à effet de serre tant pour la propulsion proprement dite que pour les systèmes embarqués (froid).
  • De fait, pour répondre à ces besoins, le cahier des charges fonctionnel des systèmes, que les inventeurs ont formulé, peut être résumé ainsi :
    1. A/ pouvoir générer du froid à partir d'une source de chaleur à basse température, éventuellement fluctuante, voire intermittente;
    2. B/ pouvoir produire de l'électricité à partir d'une source de chaleur à basse température, éventuellement fluctuante, voire intermittente ;
    3. C/ pouvoir produire de façon concomitante du froid et de l'électricité à partir d'une source de chaleur à basse température, éventuellement fluctuante, voire intermittente;
    4. D/ pouvoir réguler de manière très précise et efficace le rapport entre production de froid et production électrique, et ce de préférence de manière continue (fonction D0).
  • Aucun cycle thermodynamique en tant que tel ne peut, seul, atteindre l'ensemble de ces fonctionnalités.
  • Les systèmes à absorption ammoniac-eau ont des avantages déjà bien identifiés comme celui de permettre d'atteindre des températures négatives ainsi que d'utiliser des pressions supérieures à l'ambiante, en comparaison à des cycles à absorption H2O-LiBr. Par ailleurs de tels systèmes ne comportent aucun fluide qui puisse contribuer à la destruction de la couche d'ozone ou à l'augmentation de l'effet de serre, comme c'est le cas de la plupart des fluides organiques utilisés dans la réfrigération.
  • Par ailleurs des systèmes hybrides de co-production d'électricité et de froid ont déjà été conceptualisés.
  • On connaît ainsi de la publication [1] un système de coproduction d'électricité et de froid avec échangeur interne. Pour ce faire, le fonctionnement du système est basé sur un cycle qui combine un cycle de Rankine et un cycle de production de froid par absorption. Les différents composants du système sont agencés en série dans un circuit fluidique fermé. Le système décrit dans cette publication ne permet pas de faire varier les conditions de production d'électricité et de froid. La production de froid et la production d'électricité sont toujours simultanées.
  • On connaît également de la publication [2] et de la demande de brevet EP3748274A1 , un système de production d'énergie thermique et d'énergie électrique comprenant un dispositif à absorption comprenant un absorbeur, un générateur, un condenseur, un évaporateur et un circuit fluidique d'absorption apte à recevoir une solution de travail comprenant un fluide frigorigène et un absorbant, de préférence le couple ammoniac/eau (NH3/H2O), le circuit fluidique reliant le générateur au condenseur, le condenseur à l'évaporateur, l'évaporateur à l'absorbeur et l'absorbeur au générateur, le système comprenant en outre un compresseur réversible de type turbomachine en combinaison avec un module de gestion de la circulation du fluide frigorigène de sorte à assurer dans un premier mode de fonctionnement une production d'énergie électrique alternativement avec une production de froid ou de chaleur, et dans un deuxième mode de fonctionnement pour assurer une production d'énergie électrique. Le système décrit est compact, avec un nombre limité de composants et d'un coût réduit, qui permet en outre une intégration possible dans des applications non stationnaires. En revanche, dans ce système selon la publication [2] et EP3748274A1 , les fonctions B/ et D/ précitées ne sont pas forcément possibles du fait:
    • de l'importance des fuites conduisant à des pertes pour de très petits débits dans un expandeur de type machine volumétrique, telle qu'un dispositif dénommé « scroll » en langage anglo-saxon ;
    • du comportement hors nominal pour un expandeur de type turbomachine, par exemple une turbine axiale, qui implique une relation précise entre débit et pression d'entrée dans l'expandeur.
  • On connaît également du brevet ES2512990B1 un système de coproduction d'électricité et de froid comprenant, en plus des composants traditionnels d'un système mettant en oeuvre un cycle à absorption un expandeur et un éjecteur agencé en aval de l'expandeur, qui n'a pas d'impact positif sur la production d'électricité. La fonction D/ n'est pas possible avec un système selon ES2512990B1 . De plus, à la lecture de ce document, il ne ressort pas clairement comment le débit du fluide de travail est divisé entre production de froid et production électrique et s'il est possible d'en varier le rapport.
  • Par ailleurs, récemment des éjecteurs à section variable ont été utilisés dans des cycles à compression mécanique de vapeur, dans le but d'améliorer les performances de ces cycles hors du point nominal : voir par exemple la publication [3].
  • Il existe par conséquent un besoin de proposer un système de co-production de froid et d'électricité qui permette de répondre à l'ensemble des fonctions du cahier des charges tel qu'énoncé ci-avant, soit des fonctions A/ et D/ et de préférence en outre à la fonction D0/.
  • Le document de brevet EP 3 748 137 A1 et la publication [4] décrivent aussi les systèmes de production de froid et d'énergie électrique.
    • Exposé de l'invention
  • Pour ce faire, l'invention a pour objet un système de production de froid et d'énergie électrique comprenant :
    • un désorbeur, appelé générateur,
    • un condenseur,
    • un évaporateur,
    • un absorbeur,
    • un circuit fluidique d'absorption dans lequel circule un fluide de travail comprenant un fluide frigorigène et un absorbant, le circuit fluidique reliant le générateur au condenseur, le condenseur à l'évaporateur, l'évaporateur à l'absorbeur et l'absorbeur au générateur,
    • une turbine supersonique agencée sur le circuit fluidique entre le générateur et l'absorbeur en dérivation du condenseur et de l'évaporateur, la turbine étant configurée pour actionner une génératrice électrique pour produire de l'électricité,
    • au moins un éjecteur agencé sur le circuit fluidique entre le générateur et la turbine.
  • Par « turbine supersonique », on entend ici et dans le cadre de l'invention, une turbine dont le régime en fonctionnement nominal est un écoulement supersonique à forte vitesse.
  • L'éjecteur peut être un éjecteur simple ou à section du col variable.
  • Par « éjecteur », on entend ici et dans le cadre de l'invention, un assemblage mécanique exploitant la dépression créée par l'effet Venturi et permettant de comprimer un fluide secondaire en le mélangeant à fluide primaire pressurisé, l'assemblage ne comportant pas de pièces mobiles transmettant d'énergie aux fluides.
  • Par « éjecteur à section du col variable », on entend ici et dans le cadre de l'invention un éjecteur dans lequel on peut faire varier les dimensions de l'éjecteur que sont principalement les diamètres de la section du col sonique et/ou du mélangeur.
  • Avantageusement, le fluide de travail comprend en tant que fluide frigorigène de l'ammoniac (NH3) et en tant qu'absorbant de l'eau (H2O). D'autres couples fluide frigorigène/absorbant peuvent convenir.
  • Selon une variante de réalisation avantageuse, le circuit fluidique comprend un échangeur agencé sur une ligne fluidique de dérivation, en dérivation de la connexion fluidique entre l'évaporateur et l'absorbeur, la ligne de dérivation étant connectée à l'injecteur du fluide secondaire de l'éjecteur, de sorte que l'échangeur réchauffe le fluide secondaire avant son entrée dans l'éjecteur.
  • De préférence, la turbine est configurée pour entrainer la pompe de circulation du fluide de travail.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, le système comprend un rectifieur du fluide frigorigène, agencé entre le générateur et le condenseur.
  • Selon ce mode et une variante avantageuse, les flux des solutions dites riche et pauvre du fluide de travail sont séparés en sortie du générateur ou en sortie du rectifieur.
  • Selon une autre variante avantageuse, le fluide à la sortie de la pompe de circulation du fluide de travail est utilisé comme source froide du rectifieur.
  • Selon un autre mode de réalisation avantageux, le système comprend une ligne fluidique de dérivation entre l'éjecteur et l'absorbeur, de sorte à augmenter la pression du fluide de travail dans ce dernier.
  • Avantageusement, le système comprend en tant que source de chaleur une chaleur basse température avantageusement comprise entre 70°C et 150°C.
  • L'invention a encore pour objet, un procédé de production d'énergie électrique et d'énergie thermique mis en oeuvre par un système tel que décrit précédemment comprenant :
    • dans un premier mode de fonctionnement de production de froid seule, circulation du fluide de travail dans le circuit fluidique successivement au travers du générateur, du condenseur, de l'évaporateur puis de l'absorbeur puis à nouveau dans le générateur;
    • dans un deuxième mode de fonctionnement de production d'énergie électrique seule, circulation du fluide de travail dans le circuit fluidique successivement au travers du générateur, de la turbine supersonique associée à une génératrice électrique, de l'absorbeur puis à nouveau dans le générateur;
    • dans un troisième mode de fonctionnement de co-production de froid et d'énergie électrique, circulation d'une partie du fluide de travail dans le circuit fluidique successivement au travers du générateur, du condenseur, de l'évaporateur puis de l'absorbeur puis à nouveau dans le générateur et de l'autre partie du fluide de travail successivement au travers du générateur, de la turbine supersonique associée à une génératrice électrique, de l'absorbeur puis à nouveau dans le générateur;
    • dans un quatrième mode de fonctionnement de co-production de froid et d'énergie électrique avec un rapport régulé entre production de froid et production électrique, circulation d'une partie du fluide de travail dans le circuit fluidique successivement au travers du générateur, du condenseur, de l'évaporateur puis de l'absorbeur puis à nouveau dans le générateur et de l'autre partie du fluide de travail successivement au travers du générateur, de l'éjecteur, de la turbine supersonique associée à une génératrice électrique, de l'absorbeur puis à nouveau dans le générateur.
  • L'invention a encore pour objet l'utilisation d'un système de production de froid et d'énergie électrique tel que décrit précédemment pour une production électrique d'une puissance supérieure à 100 kWe.
  • Ainsi, l'invention consiste essentiellement à partir d'un système de production d'électricité et de froid comme décrit dans la demande EP3748274A1 à choisir une turbine supersonique pour réduisant le débit de fuite et garantir l'efficacité de la production électrique, et y ajouter en amont un éjecteur simple ou à section variable, permettant d'augmenter de manière continue la production de froid tout en gardant l'efficacité de la production électrique.
  • Pour réaliser les différents modes de fonctionnement réalisant les fonctions A/, B/, C/, D/ et D0/, le système comprend un module de gestion du fluide du travail pilote un ensemble de vannes de réglages, deux vanne de détente dont l'ouverture est réglable et contrôle la vitesse de la pompe en fonction de la fluctuation de la source chaude ou des besoins.
  • L'éjecteur selon l'invention permet d'augmenter le débit traversant la partie froide du circuit du fluide de travail, et donc la puissance froide produite, tout en gardant une bonne efficacité de production électrique (fonction D/).
  • La fonction D0/ est assuré par un changement de la section de l'éjecteur de façon à en optimiser la performance pour chaque condition de fonctionnement.
  • De nombreuses applications peuvent être envisagées pour un système selon l'invention, parmi lesquelles on peut citer :
    • en tant qu'applications stationnaires, la production de froid et d'électricité sur des sources de chaleur à basse température (rejets thermiques sur des procédés industriels, solaire thermique, biomasse, géothermie, turbines à gaz, réseaux) ;
    • les applications de transport avec des moteurs à essence, diesel et turbine à gaz ;
    • les applications de transport sur des véhicules hybrides et électriques avec des besoins de froid.
  • D'autre avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures suivantes.
    • Brève description des dessins
    • [Fig 1] la figure 1 représente un schéma général d'un système selon l'invention.
    • [Fig 2] la figure 2 reprend le schéma du système selon la figure 1 fonctionnant suivant un mode de fonctionnement permettant la production de froid seule à partir d'une source thermique.
    • [Fig 3] la figure 3 reprend le schéma du système selon la figure 1 fonctionnant suivant un mode de fonctionnement permettant la production d'énergie électrique seule à partir d'une source thermique.
    • [Fig 4] la figure 4 reprend le schéma du système selon la figure 1 fonctionnant suivant un mode de fonctionnement permettant la co-production simultanée d'énergie électrique et de froid à partir d'une source thermique.
    • [Fig 5] la figure 5 reprend le schéma du système selon la figure 1 fonctionnant suivant un mode de fonctionnement permettant la co-production simultanée d'énergie électrique et de froid à partir d'une source thermique, avec la possibilité de régler le rapport entre production de froid et production électrique.
    • [Fig 6] la figure 6 représente un schéma avantageux d'agencement d'un éjecteur en amont d'une turbine supersonique dans un système selon l'invention.
    Description détaillée
  • On précise que dans l'ensemble de la demande, les termes « entrée », « sortie », « amont », «aval » sont à comprendre en relation avec le sens de la circulation du fluide considéré au sein d'un système selon l'invention.
  • Également dans l'ensemble de la demande, l'expression « composant C1 fluidiquement raccordé à composant C2 » est synonyme de « C1 est en connexion fluidique avec C2 » ne signifie pas nécessairement qu'il n'existe pas d'organe entre C1 et C2. Les expressions «agencée sur » ou « sur » sont synonymes de « raccordé fluidiquement à ».
  • Le terme « agencé sur », signifie « en connexion fluidique ».
  • Toutes les lignes fluidiques de connexion du circuit fluidique à absorption sont représentées dans l'ensemble des figures 1 à 5 par des traits pleins, sans référence numérique à des fins de clarté. Le sens de circulation du fluide au sein d'une ligne fluidique est indiqué par le sens de la flèche sur cette ligne.
  • L'ensemble des vannes de réglage qui fonctionnent en on/off pour réaliser les différents fonctionnements du système selon l'invention décrit en référence aux figures 1 à 5, n'est pas désigné par une référence numérique. En revanche, lorsqu'une vanne considérée est dans un état off pour réaliser l'un des fonctionnements du système, elle est indiquée par le symbole en forme de croix dans la figure considérée.
  • On entend par échange direct ou couplage direct que l'échange d'énergie thermique se fait directement sans circuit ou composant intermédiaire. L'échange direct dans le condenseur ou l'évaporateur se fait directement entre le fluide frigorigène et par exemple un flux d'air.
  • Le système de production d'énergie électrique et de froid selon l'invention, tel que représenté à la figure 1, comprend une machine à absorption et une source de chaleur de préférence une source de chaleur basse température avantageusement comprise entre 70°C et 150°C, comme de la chaleur fatale, pouvant être fluctuante, telle qu'une source solaire ou de chaleur fatale liée à la mise en route d'un moteur thermique ou de rejets industriels intermittents.
  • Une machine à absorption utilise comme solution de travail un mélange binaire, dont l'un des composants est plus volatil que l'autre, et constitue le fluide frigorigène. La solution de travail fluide frigorigène/absorbant est de préférence le couple ammoniac/eau (NH3/H2O). Les concentrations du fluide de travail et de l'absorbant dans la solution de travail sont adaptées à la pression et la température du traitement d'air et inférieures à la concentration de cristallisation de la solution.
  • Le couple NH3/H2O est utilisable pour des applications de climatisation, mais aussi de réfrigération et il n'y a pas de cristallisation possible sur les plages de fonctionnement en pression et température. Par contre, pour ce couple, l'écart de pression de vapeur entre l'absorbant et le fluide frigorigène est faible. Il y a donc des traces d'eau emmenées avec la vapeur d'ammoniac en sortie du générateur 1 nécessitant parfois la présence d'un rectifieur 13.
  • La machine à absorption comprend un ensemble de quatre échangeurs principaux, à savoir un générateur 1, un condenseur 2, un évaporateur 3 et absorbeur 4, et de préférence au moins un échangeur secondaire. Les quatre échangeurs secondaires illustrés à savoir un sous refroidisseur 6, un économiseur 8, un rectifieur 13, ou un échangeur 14, permettent d'améliorer les performances de la machine.
  • La machine à absorption comprend en outre au moins une pompe à solution 9 et une vanne de détente 10 d'une boucle 11 et une vanne de détente 12. La machine fonctionne à trois niveaux de température : un niveau de température basse correspondant à la production de froid à l'évaporateur 3, un niveau de température intermédiaire correspondant à la température de condensation du fluide frigorigène, mais également à celle d'absorption du fluide frigorigène par l'absorbant et un niveau de température élevé correspondant à la température motrice du générateur 1.
  • La machine à absorption comprend un circuit fluidique à absorption 100 configuré pour assurer la connexion fluidique des différents composants du système et en particulier de la machine à absorption. Le circuit fluidique à absorption 100 est un circuit fermé destiné à recevoir la solution de travail.
  • La machine à absorption fonctionne à haute pression entre la pompe 9 en amont du générateur 1 et la vanne de détente 12, en aval du condenseur 2, et à basse pression entre la vanne de détente 2, en aval du condenseur 2 et la pompe 9 en amont du générateur 1.
  • Le générateur aussi communément appelé désorbeur 1 permet l'échange thermique entre la source de chaleur et le fluide de travail. Un tel générateur 1 comprend donc une entrée et une sortie de source chaude non représenté permettant l'apport de chaleur nécessaire à la vaporisation du fluide frigorigène de la solution de travail. Le générateur 1 est connecté fluidiquement au condenseur 2 et à l'absorbeur 4.
  • De préférence, un économiseur 8 décrit ci-après est agencé entre le générateur 1 et l'absorbeur 4 pour permettre l'entrée de la solution de travail dite riche dans le générateur 1 et la sortie de la solution de travail dite pauvre hors du générateur 1.
  • La vanne de détente 10 permet de détendre la pression de la solution de travail pauvre avant qu'elle soit transmise à l'absorbeur 4.
  • De préférence, un rectifieur 13 est agencé entre le générateur 1 et le condenseur 2. Le rectifieur 13 permet éventuellement de rectifier la solution de travail, en enlevant par condensation les traces d'eau entraînées avec le fluide de travail.
  • Le condenseur 2 permet de rejeter de la chaleur du fluide de travail vers une source à température intermédiaire, en condensant la vapeur de fluide frigorigène. Le condenseur 2 est connecté fluidiquement au générateur 1 et à l'évaporateur 3. La connexion fluidique entre générateur 1 et condenseur 2 permet l'entrée de la vapeur de fluide frigorigène dans ce dernier. La vanne de détente 12 amène le fluide frigorigène à sa pression d'évaporation et permet donc la sortie depuis le condenseur 2 du fluide frigorigène à l'état liquide. Le condenseur 2 comprend également une source de refroidissement tel qu'une circulation d'air pour assurer son fonctionnement normal. Le changement de phase du fluide frigorigène de l'état vapeur à l'état liquide s'accompagne d'une libération de chaleur qui est transmise par exemple au flux d'air circulant. L'air réchauffé est évacué du système.
  • Le sous-refroidisseur 6 est agencé entre le condenseur 2 et l'évaporateur 3, et entre l'évaporateur 3 et l'absorbeur 4, et permet de sous-refroidir le fluide frigorigène en entrée de l'évaporateur 3 et de préchauffer le fluide frigorigène à l'état de vapeur en sortie de l'évaporateur 3. Le sous-refroidisseur 6 permet donc de réduire les dimensions du condenseur 2 et de l'évaporateur 3 et ainsi d'améliorer de manière notable les performances de la machine. De préférence, comme illustré, la vanne de détente 12 est agencée entre le sous-refroidisseur 6 et l'évaporateur 3.
  • L'évaporateur 3 permet de prélever de la chaleur à la source froide pour vaporiser le fluide frigorigène. L'évaporateur 3 est connecté fluidiquement au condenseur 2 et à l'absorbeur 4. Le changement de phase du fluide frigorigène de l'état liquide à l'état vapeur au sein de l'évaporateur 3 s'accompagne d'une transmission de chaleur de la source chaude à la sortie de l'évaporateur 3, au fluide frigorigène. Cette source chaude transmet des calories et voit ainsi sa température s'abaisser. L'évaporateur 3 est le lieu de la production de frigories.
  • L'absorbeur 4 permet d'échanger des calories entre le fluide de travail et une source à température intermédiaire, pour condenser la vapeur de fluide frigorigène issue de l'évaporateur 3. L'absorbeur 4 est connecté fluidiquement à l'évaporateur 3 et au générateur 1 par la boucle 11.
  • La pompe 9 de cette boucle 11 permet de mettre en circulation la solution de travail dans le circuit 100. Plus précisément, la pompe 9 est destinée à faire circuler la solution de travail riche de l'absorbeur 4 en direction du générateur 1. La pompe 9 consomme peu d'électricité.
  • Plus précisément encore, la pompe 9 est connectée fluidiquement à l'économiseur 8 au travers duquel la solution de travail riche est réchauffée avant d'être transmise au générateur 1. A contrario, l'économiseur 8 transmet de la chaleur de la solution pauvre issue du générateur 1 vers la solution riche issue de l'absorbeur 4. L'absorbeur 4 est raccordé fluidiquement au générateur 1 pour permettre l'entrée de la solution de travail pauvre issue du générateur 1 dans l'absorbeur 4.
  • La vanne de détente 10 est agencée entre le générateur 1 et l'absorbeur 4. Le changement de phase du fluide frigorigène de l'état vapeur à l'état liquide s'accompagne d'une libération de chaleur qui est transmise à une source de refroidissement tel qu'un flux d'air. L'air réchauffé est évacué du système.
  • Selon l'invention, une turbine supersonique 5 en tant qu'expandeur actionnant une génératrice est agencée entre le générateur 1 et l'absorbeur 4, en dérivation du condenseur 2 et de l'évaporateur 3. Cette turbine supersonique 5 a un débit de fuite réduit et elle garantit l'efficacité de la production électrique.
  • Selon l'invention également, un éjecteur 50 simple ou à section variable est agencé permettant d' augmenter de manière continue la production de froid tout en gardant l'efficacité de la production électrique. L'éjecteur 50 peut être simple ou à section variable, comme détaillé par la suite. Un éjecteur simple 50 est optimisé pour un rapport donné entre la production de froid et production électrique (fonction D/), tandis un éjecteur 50 à section variable permet une régulation très précise et efficace pour tous les rapports entre production électrique et production de froid (fonction D0/).
  • La connexion hydraulique permet l'entrée du fluide frigorigène à l'état de vapeur depuis le générateur 1 directement dans la turbine 5 ou indirectement, en mode by-pass par l'éjecteur 50.
  • Un surchauffeur 7 est agencé entre le générateur 1 et la turbine 5, de préférence entre l'éjecteur 50 et la turbine pour permettre un échange thermique supplémentaire entre une source chaude non représentée et le fluide de travail afin d'obtenir une vapeur de meilleure qualité à l'entrée de la turbine 5.
  • La turbine 5 est raccordé fluidiquement à l'absorbeur 4 pour permettre la sortie du fluide frigorigène à l'état de vapeur détendue de la turbine 5 vers l'absorbeur 4 selon un mode de production d'énergie électrique.
  • L'échangeur 14 est agencé sur une ligne fluidique 15 en dérivation de la connexion fluidique entre l'évaporateur 3 et l'absorbeur 4. Cette ligne fluidique 15 est connectée à l'injecteur du fluide secondaire (entrâiné) de l'éjecteur 50. Ainsi, l'échangeur 14 permet de réchauffer le fluide secondaire avant son entrée dans l'éjecteur 50.
  • La turbine supersonique 5 est avantageusement relié à une génératrice électrique qui permet de transformer l'énergie mécanique récupérée par la turbine 5 en électricité en produisant une puissance électrique Wturb.
  • Typiquement, la turbine supersonique 5 est configurée pour permettre une production électrique supérieure à 100kWe c'est-à-dire de moyenne puissance voir de grande puissance de 1MWe.
  • Le système selon l'invention comprend en outre un module de gestion de la circulation de la solution de travail au sein du circuit 100 et des différents composants du système qui viennent d'être décrits. Le module de gestion est configuré pour définir les conditions de fonctionnement du système en fonction des besoins en énergie et des fluctuations des sources, comme détaillé ci-après. Il peut s'agir d'une production de froid seule, ou de production d'énergie électrique, ou d'une co-production de froid et d'énergie électrique, en fonction des températures des sources, du prix de l'électricité...
  • Ce module de gestion comprend les vannes de réglages (vannes on/off non représentées), les deux vannes de détente 10, 12, dont l'ouverture est réglable et une unité de commande qui contrôle la vitesse de la pompe 9, afin de permettre un réglage fin des débits de circulation de la solution de travail et du fluide frigorigène pour la mise en oeuvre des modes de fonctionnement du système en fonction de la fluctuation de la source chaude ou des besoins.
  • Le système et le module de gestion selon l'invention présentent l'avantage d'être compactes en ne nécessitant avantageusement que peu de composants supplémentaires tels des vannes, éventuellement des capteurs de températures et de pression, ce qui réduit les coûts et l'encombrement permettant au système selon l'invention d'être utilisé dans des applications mobile.
  • Les différentes puissances thermique et électrique des différents composants du système sont représentées sur les figures 1 à 5 par les symboles suivants :
    • Q̇des : puissance du générateur 1 ;
    • Qcond : puissance du condenseur 2 ;
    • Qévap : puissance de l'évaporateur 3 ;
    • Qabs : puissance de l'absorbeur 4 ;
    • Wturb : travail de la turbine supersonique 5;
    • Qsub : puissance du sous-refroidisseur 6 ;
    • QSH : puissance du surchauffeur 7 ;
    • QSHX: puissance de l'économiseur 8 ;
    • Wpump: travail de la pompe 9 de la solution de travail.
    • Qrect: puissance du rectifieur 13;
    • QHX: puissance de l'échangeur 14.
  • Le fonctionnement du système pour une production de froid seule est montré à la figure 2. Le module de gestion de la circulation de la solution de travail déclenche une circulation de la solution de travail suivant un cycle à absorption classique. Pour ce faire, le module ferme les vannes de réglage sur la ligne fluidique de part et d'autre de l'éjecteur 50 et de la turbine 5 ainsi que sur la ligne de dérivation 15 en amont de l'échangeur 14. La fonction A/ est ainsi réalisée.
  • On décrit maintenant le fonctionnement du système selon la figure 2 pour réaliser cette fonction A/.
  • Le fluide frigorigène de la solution de travail sort du générateur 1 et traverse le rectifieur 13 avant d'arriver dans le condenseur 2. Le fluide frigorigène ressort du condenseur 2 pour traverser le sous-refroidisseur 6, et la vanne de détente 12, avant d'arriver dans l'évaporateur 3. Le fluide frigorigène ressort de l'évaporateur 3 pour traverser le sous-refroidisseur 6 avant d'arriver dans l'absorbeur 4. Le fluide frigorigène est absorbé par l'absorbant et la solution de travail dite riche ressort de l'absorbeur 4 pour circuler dans la boucle 11.
  • Dans cette boucle 11, la solution de travail riche traverse successivement la pompe 9 et l'économiseur 8 avant d'arriver dans le générateur 1. La solution de travail pauvre ressort du générateur 1 pour traverser successivement l'économiseur 8 et la vanne de détente 10 avant d'arriver dans l'absorbeur 4. La production de froid se fait ainsi au niveau de l'évaporateur 3 lors de l'évaporation du fluide frigorigène qui s'accompagne d'un refroidissement de la source chaude. La source chaude refroidie peut ensuite être utilisée par exemple pour de la climatisation.
  • Le fonctionnement du système pour une production d'électricité seule est montré à la figure 3. Le module de gestion de la circulation de la solution de travail déclenche une circulation de la solution de travail suivant un cycle de Rankine, plus spécifiquement un cycle de Kalina. Pour ce faire, le module ferme les vannes de réglage sur la ligne fluidique de part et d'autre de l'éjecteur 50, sur la ligne fluidique entre le générateur 1 et le rectifieur 13 en aval de la dérivation de la ligne de la turbine 5 ainsi que sur la ligne entre l'évaporateur 3 et l'absorbeur 4 en amont de la dérivation de la ligne de la turbine 5. La fonction B/ est ainsi réalisée.
  • On décrit maintenant le fonctionnement du système selon la figure 3 pour réaliser cette fonction B/.
  • Le fluide frigorigène de la solution de travail sort du générateur 1 et traverse le surchauffeur 7 avant d'arriver dans la turbine 5. Le fluide frigorigène ressort de la turbine 5 pour déboucher dans l'absorbeur 4. Le fluide frigorigène est absorbé par l'absorbant et la solution de travail riche ressort de l'absorbeur 4 pour traverser la boucle 11 telle que décrite en référence à la figure 2 avant de retourner au niveau de générateur 1. L'électricité est produite par la turbine 5 relié à une génératrice électrique.
  • Le fonctionnement du système pour une production simultanée de froid et d'électricité est montré à la figure 4.
  • Le module de gestion de la circulation de la solution de travail déclenche une circulation de la solution de travail suivant un cycle à absorption et un cycle de production d'électricité. Pour ce faire, le module ferme uniquement les vannes de réglage sur la ligne fluidique de part et d'autre de l'éjecteur 50. La fonction C/ est ainsi réalisée. Du fait de la mise en oeuvre d'une turbine supersonique 5, le débit est une fonction du saut de pression amont-aval et ainsi le rapport entre les puissances froides et électriques produites est fixé et ne peut pas être changé.
  • On décrit maintenant le fonctionnement du système selon la figure 4 pour réaliser cette fonction C/.
  • A la sortie du générateur 1, le fluide frigorigène de la solution de travail est orienté partiellement vers la partie du circuit 100 mettant en oeuvre un cycle de production de froid et partiellement vers l'autre partie mettant en oeuvre un cycle de production d'électricité. Une partie du fluide frigorigène en sortie du générateur 1 est dérivé vers la turbine supersonique 5 tandis que l'autre partie circule vers le condenseur 2 en traversant en amont le rectifieur 13. Le fluide frigorigène ressort du condenseur 2 pour traverser le sous-refroidisseur 6 et la vanne de détente 12 avant d'arriver dans l'évaporateur 3. Le fluide frigorigène quitte l'évaporateur 3 pour traverser le sous-refroidisseur 6 avant d'arriver dans l'absorbeur 4. Le fluide frigorigène est absorbé par l'absorbant et la solution de travail riche ressort de l'absorbeur 4 pour circuler dans la boucle 11 et donc traverser successivement la pompe 9, l'économiseur 8 avant d'arriver dans le générateur 1. La solution de travail pauvre ressort du générateur 1 pour traverser successivement l'économiseur 8 et la vanne de détente 10 avant d'arriver dans l'absorbeur 4.
  • La partie du fluide frigorigène traversant la turbine supersonique 5 traverse en amont le surchauffeur 7. Le fluide frigorigène ressort alors comprimé de la turbine 5 pour déboucher dans l'absorbeur 4.
  • Au niveau de l'absorbeur 4 le fluide frigorigène en provenance de la turbine 5 et le fluide frigorigène en provenance de l'évaporateur 3 sont mélangés avant de traverser la boucle 11. Le fluide frigorigène est absorbé par l'absorbant et la solution de travail riche ressort de l'absorbeur 4 pour circuler dans la boucle 11 comprenant l'économiseur 8, la pompe 9 et le détendeur 10 telle que décrite en ci-dessus.
  • La production de froid se fait au niveau de l'évaporateur 3 lors de l'évaporation du fluide frigorigène qui s'accompagne d'un refroidissement de la source chaude. La source chaude refroidie peut ensuite être utilisée par exemple pour de la climatisation. L'électricité est produite par la turbine supersonique 5 reliée à une génératrice électrique.
  • Le fonctionnement du système pour une production simultanée de froid et d'électricité avec possibilité de réglage efficient du rapport entre ces deux productions est montré à la figure 5.
  • Le module de gestion de la circulation de la solution de travail déclenche une circulation de la solution de travail suivant un cycle à absorption et un cycle de production d'électricité avec un rapport entre les deux. Pour ce faire, le module ferme uniquement la vannes de réglage sur la ligne fluidique en dérivation de celle de l'éjecteur 50 entre le générateur 1 et la turbine 5 : ainsi tout le fluide de travail passe nécessairement dans l'éjecteur 50 avant de déboucher sur la turbine supersonique 5. La fonction D/ et de préférence D0/ (éjecteur à section du col variable) sont ainsi réalisées. L'éjecteur 50 permet d'augmenter le débit traversant la partie froide du circuit 100, et donc la puissance froide produite, tout en gardant une bonne efficacité de production électrique par la turbine 5. La fonction D0/ est assuré par le changement de la section de l'éjecteur à section du col variable de façon à en optimiser la performance pour chaque condition de fonctionnement.
  • On décrit maintenant le fonctionnement du système selon la figure 5 pour réaliser ces fonctions D/ et D0/.
  • A la sortie du générateur 1, le fluide frigorigène de la solution de travail est orienté partiellement vers la partie du circuit 100 mettant en oeuvre un cycle de production de froid et partiellement vers l'autre partie mettant en oeuvre un cycle de production d'électricité. Une partie du fluide frigorigène en sortie du générateur 1 est dérivé vers la turbine supersonique 5 tandis que l'autre partie circule vers le condenseur 2 en traversant en amont le rectifieur 13. Le fluide frigorigène ressort du condenseur 2 pour traverser le sous-refroidisseur 6 et la vanne de détente 12 avant d'arriver dans l'évaporateur 3. Le fluide frigorigène quitte l'évaporateur 3 pour traverser le sous-refroidisseur 6.
  • Une partie du fluide frigorigène est alors dérivée dans la ligne 15 et traverse l'échangeur 14 pour réchauffer le fluide qui est injecté en tant que fluide secondaire dans l'éjecteur 50.
  • L'autre partie du fluide frigorigène non dérivée dans la ligne 15 arriver dans l'absorbeur 4.
  • Le fluide frigorigène est absorbé par l'absorbant et la solution de travail riche ressort de l'absorbeur 4 pour circuler dans la boucle 11 et donc traverser successivement la pompe 9, l'économiseur 8 avant d'arriver dans le générateur 1. La solution de travail pauvre ressort du générateur 1 pour traverser successivement l'économiseur 8 et la vanne de détente 10 avant d'arriver dans l'absorbeur 4.
  • La partie du fluide frigorigène traversant la turbine supersonique 5 traverse en amont nécessairement l'éjecteur 50 qui en augmente le débit puis le surchauffeur 7. Le fluide frigorigène ressort alors comprimé de la turbine 5 pour déboucher dans l'absorbeur 4.
  • Au niveau de l'absorbeur 4 le fluide frigorigène en provenance de la turbine 5 et le fluide frigorigène en provenance de l'évaporateur 3 sont mélangés avant de traverser la boucle 11. Le fluide frigorigène est absorbé par l'absorbant et la solution de travail riche ressort de l'absorbeur 4 pour circuler dans la boucle 11 comprenant l'économiseur 8, la pompe 9 et le détendeur 10 telle que décrite en ci-dessus.
  • La production de froid augmentée par rapport à la figure 4 se fait au niveau de l'évaporateur 3 lors de l'évaporation du fluide frigorigène qui s'accompagne d'un refroidissement de la source chaude. La source chaude refroidie peut ensuite être utilisée par exemple pour de la climatisation. L'électricité est produite par la turbine supersonique 5 reliée à une génératrice électrique.
  • Un exemple de configuration type est fourni ci-après avec pour chaque composant du système:
    • Générateur 1-Température source chaude : 100°C
    • Rectifieur 13-Taux de rectification : 0,495
    • Surchauffeur 7-Température à l'entrée de l'expanseur (fonctions B/, C/, D/ et D0/) : 120°C
    • Condenseur 2-Température source intermédiaire : 30°C
    • Evaporateur 3-Surchauffe : 5°C, Température source froide (fonction A/ et B/) : 5° C, Température source froide (fonction D/ et D0/) : 5 °C
    • Absorbeur 4-Température source intermédiaire : 30°C
    • Pompe 9-Débit 350 kg/h, Rendement : 80 %
    • Compresseur 5/Expanseur-Rendement : 50 %
  • Les tableaux 1 et 2 suivants illustrent les performances qu'il est possible d'atteindre avec cet exemple de configuration type pour les modes de fonctionnement permettant de réaliser les fonctions A/ à D0, le cas 3 étant celui comparatif
  • Les performances ont été calculées grâce à un modèle numérique développé avec le logiciel commercialisé sous l'acronyme EES (pour « Engineering Equation Solver ») dans lequel pour chaque composant les équations de conservation de l'énergie et de la masse sont formulées sous l'hypothèse de stationnarité.
  • Ces tableaux 1 et 2 résument donc à partir de différents cas 1 à 4, les différentes puissances, COP et rendements pour les fonctions A/ à D/ avec la configuration type. [Tableau 1]
    CAS Temperature froid [°C] Temperature source intermédiaire [°C] Temperature générateur 1 [°C] Débit Pompe [kg/h] Puissance Absorbeur [kW] Puissance Condenseur [kW] Puissance Générateur 1 [kw] Puissance froide [kW] Puissance électrique de la turbine [kW] COP [-] Rendement de puissance du cycle Rendement de second principe
    1 5 30 100 350 1599 1086 18.35 10.35 0 0.56 0% 26.84%
    2 > 30 100 350 16.87 4.57 18.32 4.35 0.54 0.56 4.9% 26.44%
    3 5 30 100 350 169 6.463 18.33 6.159 0.1028 0.56 1.3% 18.83%
    4 5 30 100 350 16.8 6.473 18.33 6.169 0.3174 0.56 4% 24.64%
    [Tableau 2]
    CAS Pression haute [bar] Pression basse [bar] Pression entrée turbine [bar] Débit vapeur générateur [kg/h] Débit réfrigérant circuit de froid [kg/h] Débit traité turbine [kg/h] Ratio froid
    1 13.43 4.27 13.43 34.33 31.87 0 1
    2 1343 421 1343 34.24 13.41 19.8 0.422
    3 13.43 4.27 933 34.27 18.96 13.84 0.596
    4 13.43 4.27 11.22 34.27 18.99 16.77 0597
  • Dans ces tableaux 1 et 2 :
    • CAS 1 : Seule production de froid à l'évaporateur (fonction A/).
    • CAS 2 : Productions simultanées de travail mécanique/électrique par la turbine et de froid à l'évaporateur (fonction C/).
    • CAS 3 : Régulation du rapport entre production de froid et production électrique en effectuant une lamination avant l'entrée dans la turbine.
    • CAS 4 : Régulation du rapport entre production de froid et production électrique en utilisant l'éjecteur selon l'invention.
  • Pour la production de froid seule et combinée à la production d'électricité (fonctions A/, C/, D/ et D0/), le COP est défini par l'équation (1).
    [Equation 1] COP = Qchaud Wturb + Wpump
    Figure imgb0001
     où Qchaud est la puissance, Q̇des délivrée par la source de chaleur au niveau du générateur 1, sous forme de chaleur, Wturb la puissance électrique délivrée par la turbine 5, Wpump la puissance électrique consommée par la pompe 9.
  • Pour la production de froid seule et combinée à la production d'électricité (fonctions A/, C/, D/ et D0/) le rendement de seconde principe ηII,cycle est défini par l'équation (2) :
    [Equation 2] η II , cycle = η II , froid × r s + η II , puissance × 1 − r s
    Figure imgb0002
     avec
    [Equation 3 ] η II , froid = COP COP Carnot
    Figure imgb0003
     [Equation 4] COP Carnot = T e × T g − T c T g × T c − T e
    Figure imgb0004
     [Equation 5 ] COP = Q ˙ Evap Q ˙ gen + W ˙ pomp × r s
    Figure imgb0005
     [Equation 6 ] η II , puissance = η I η Carnot
    Figure imgb0006
     [Equation 7 ] η Carnot = 1 − T c T g
    Figure imgb0007
     [Equation 8 ] η I = W ˙ turb Q ˙ gen + W ˙ pomp × r s + Q ˙ SH
    Figure imgb0008
  • Où rs est le rapport entre le débit passant par la partie froide du circuit et le débit produit par le générateur, Te est la température externe à l'évaporateur, Tc la température externe au condenseur, Tg la température externe au générateur.
  • Pour mettre en exergue l'apport réalisé par un éjecteur 50 selon l'invention, les inventeurs ont fait la simulation avec une configuration comparative (cas 3), analogue à celle type de l'invention mais qui comporte en lieu et place d'un éjecteur une vanne de laminage. Dans cette configuration comparative, l'éjecteur 50, la ligne 15 et l'échangeur 14 sont donc supprimés et la vanne de laminage est agencée sur la ligne fluidique entre le générateur 1 et le surchauffeur 7, en aval de la dérivation de la ligne vers le condenseur 2. Ainsi, dans cette configuration comparative (cas 3), le rapport entre production électrique et production de froid est réglé au moyen de la vanne de laminage.
  • En comparant les résultats des tableaux 1 et 2 entre le cas 4 (éjecteur selon l'invention) et le cas 3 (vanne de laminage), on constate que la mise en oeuvre de l'éjecteur permet d'avoir presque la même production de puissance froide et une production électrique beaucoup plus importante qu'avec une vanne de laminage. Cela se traduit par un rendement de production électrique et un rendement global de second principe du cycle beaucoup plus élevés dans le cas d'utilisation de l'éjecteur par rapport à celle d'une vanne de laminage.
  • Cette production plus élevée est engendrée par les augmentations suivantes :
    • augmentation du débit de fluide de travail au travers de la turbine 5 (16,77 kg/h avec éjecteur contre 13,84 kg/h sans éjecteur) ;
    • augmentation de la pression à l'amont de la turbine 5 (11,22 bar avec éjecteur contre 9,335 bar sans éjecteur) ;
    • augmentation du rendement de la turbine 5 (40% avec éjecteur contre 18,4 % sans éjecteur) ;
    • augmentation de la teneur en ammoniac (0,969 avec éjecteur contre 0,963 sans éjecteur).
  • Néanmoins, l'utilisation d'un éjecteur implique une légère augmentation de la puissance thermique nécessaire à la surchauffe par l'échangeur 14.
  • L'éjecteur 50 selon l'invention est dimensionné au débit nominal sur la turbine 5 pour la production électrique (fonction D/). Un exemple d'agencement d'un éjecteur 50 en amont du surchauffeur 7 et de la turbine supersonique 5 est montré à la figure 6. Pour le dimensionnement il est nécessaire de dimensionner correctement la section critique du col sonique 51 de l'injecteur du fluide primaire, qui définit le débit critique traité par celui-ci, et sa section de sortie 53 qui définit la pression de sortie de l'injecteur et influence donc le rapport d'entrainement.
  • Un exemple de calcul réalisé avec le logiciel EES correspondant à la configuration de la figure 6 est détaillé dans le tableau 3. [Tableau 3]
    Entrée d'injecteur primaire Entrée d'injecteur secondaire Sortie d'injecteur primaire Sortie d'injecteur secondaire Sortie du mélangeur Sortie du diffuseur
    51 52 53 53 54 55
    Section (mm2) 1,5 32 5 2,5 7.5 30
    Pression du fluide (bar) 13 4 3,7 3.7 9,19 9,71
    Température du fluide (°C) 100 43 25.43 38.2 81,52 85.81
  • L'éjecteur 50 est dans cette configuration dimensionné de façon à avoir un débit critique de 10 kg/h et un petit rapport d'entrainement.
  • L'utilisation d'un éjecteur 50 à section variable permet de réguler de façon fine et efficace la production électrique pour différents régimes (fonction D0/).
  • D'autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
  • En lieu et place d'une solution de travail consistant en le couple ammoniac/eau, on peut envisager d'utiliser dans le système selon l'invention des liquides ioniques.
  • Dans tous les modes de fonctionnement dans lesquels la turbine 5 fonctionne (fonctions B/,C/ D/ et D0/), la turbine peut ne pas être reliée à une génératrice électrique et produire du travail mécanique uniquement.
  • On peut prévoir de réaliser l'entrainement de la pompe 9 par la turbine 5 dans certains cas.
  • Les flux du fluide de travail peuvent être séparés en sortie de rectifieur 13, plutôt qu'en sortie de générateur 1 selon la configuration montrée en figure 1.
  • Pour le fonctionnement du rectifieur 13, on peut utiliser le fluide sortant de la pompe 9 comme source froide afin de rectifier l'ammoniaque.
  • On peut ajouter une ligne fluidique de dérivation pour augmenter la pression de l'absorbeur 4 depuis l'éjecteur 50.
  • Le système peut comprendre au moins un module de stockage de frigories associé à l'évaporateur 3. Le stockage de frigories permet ainsi un stockage d'énergie lorsque la source et le besoin ne sont pas concomitants. Les frigories stockées peuvent être déstockées sous forme de froid ou bien sous forme d'électricité en fonction des besoins. Le module de stockage de frigories peut être un système de stockage thermique par Matériau à Changement de Phase ou bien directement un stockage de fluide froid. Le module de stockage de frigories est associé à l'évaporateur 3 pour stocker des frigories lors du fonctionnement pour la production de froid. Avantageusement, le module de stockage de frigories est également associé à l'absorbeur 4 pour déstocker des frigories vers l'absorbeur 4 lorsqu'une source de refroidissement est souhaitée, c'est-à-dire notamment dans les différents modes de fonctionnement.
  • Le système peut comprendre un module de stockage de frigories associé à l'absorbeur 4 pour déstocker les frigories.
  • Le système peut comprendre aussi au moins un module de stockage de calories associé à l'absorbeur 4 ou associé au générateur 1 pour déstocker les calories.
  • Le système peut comprendre au moins un module de stockage d'électricité associé à la turbine supersonique 5 et plus spécifiquement à la génératrice électrique associée à la turbine 5. Le stockage d'électricité permet ainsi un stockage d'énergie lorsque la source et le besoin ne sont pas concomitants. L'électricité stockée peut être déstockée sous forme de froid ou bien sous forme d'électricité en fonction des besoins.
  • À titre d'exemple des batteries électriques peuvent être prévues.
    • Liste des références citées

Claims (12)

  1. Système de production de froid et d'énergie électrique comprenant :
    - un désorbeur, appelé générateur (1),
    - un condenseur (2),
    - un évaporateur (3),
    - un absorbeur (4),
    - un circuit fluidique d'absorption (100) dans lequel circule un fluide de travail comprenant un fluide frigorigène et un absorbant, le circuit fluidique (100) reliant le générateur (1) au condenseur (2), le condenseur (2) à l'évaporateur (3), l'évaporateur (3) à l'absorbeur (4) et l'absorbeur (4) au générateur (1),
    - une turbine supersonique (5) agencée sur le circuit fluidique (100) entre le générateur (1) et l'absorbeur (4) en dérivation du condenseur (2) et de l'évaporateur (3), la turbine étant configurée pour actionner une génératrice électrique pour produire de l'électricité,
    - au moins un éjecteur (50) agencé sur le circuit fluidique entre le générateur et la turbine.
  2. Système selon la revendication 1, l'éjecteur étant un éjecteur simple ou à section du col variable.
  3. Système selon la revendication 1 ou 2, le fluide de travail comprenant en tant que fluide frigorigène de l'ammoniac (NH3) et en tant qu'absorbant de l'eau (H2O).
  4. Système selon l'une des revendications précédentes, le circuit fluidique (100) comprenant un échangeur (14) agencé sur une ligne fluidique de dérivation (15) en dérivation de la connexion fluidique entre l'évaporateur (3) et l'absorbeur (4), la ligne de dérivation (15) étant connectée à l'injecteur du fluide secondaire de l'éjecteur (50) de sorte que l'échangeur (14) réchauffe le fluide secondaire avant son entrée dans l'éjecteur (50).
  5. Système selon l'une des revendications précédentes, la turbine (5) étant configurée pour entrainer la pompe (9) de circulation du fluide de travail.
  6. Système selon l'une des revendications précédentes, comprenant un rectifieur (13) du fluide frigorigène, agencé entre le générateur (1) et le condenseur (2).
  7. Système selon la revendication 6, les flux des solutions dites riche et pauvre du fluide de travail étant séparés en sortie du générateur (1) ou en sortie du rectifieur (13).
  8. Système selon la revendication 6 ou 7, le fluide à la sortie de la pompe (9) de circulation du fluide de travail étant utilisé comme source froide du rectifieur (13).
  9. Système selon l'une des revendications précédentes, comprenant une ligne fluidique de dérivation entre l'éjecteur (50) et l'absorbeur (4) de sorte à augmenter la pression du fluide de travail dans ce dernier.
  10. Système selon l'une des revendications précédentes, comprenant en tant que source de chaleur une chaleur basse température avantageusement comprise entre 70°C et 150°C.
  11. Procédé de production d'énergie électrique et d'énergie thermique mis en oeuvre par un système selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant :
    - dans un premier mode de fonctionnement de production de froid seule, circulation du fluide de travail dans le circuit fluidique (100) successivement au travers du générateur (1), du condenseur (2), de l'évaporateur (3) puis de l'absorbeur (4) puis à nouveau dans le générateur (1) ;
    - dans un deuxième mode de fonctionnement de production d'énergie électrique seule, circulation du fluide de travail dans le circuit fluidique (100) successivement au travers du générateur (1), de la turbine supersonique (5) associée à une génératrice électrique, de l'absorbeur (4) puis à nouveau dans le générateur (1) ;
    - dans un troisième mode de fonctionnement de co-production de froid et d'énergie électrique, circulation d'une partie du fluide de travail dans le circuit fluidique (100) successivement au travers du générateur (1), du condenseur (2), de l'évaporateur (3) puis de l'absorbeur (4) puis à nouveau dans le générateur (1) et de l'autre partie du fluide de travail successivement au travers du générateur (1), de la turbine supersonique (5) associée à une génératrice électrique, de l'absorbeur (4) puis à nouveau dans le générateur (1) ;
    - dans un quatrième mode de fonctionnement de co-production de froid et d'énergie électrique avec un rapport régulé entre production de froid et production électrique, circulation d'une partie du fluide de travail dans le circuit fluidique (100) successivement au travers du générateur (1), du condenseur (2), de l'évaporateur (3) puis de l'absorbeur (4) puis à nouveau dans le générateur (1) et de l'autre partie du fluide de travail successivement au travers du générateur (1), de l'éjecteur (50), de la turbine supersonique (5) associée à une génératrice électrique, de l'absorbeur (4) puis à nouveau dans le générateur (1).
  12. Utilisation d'un système de production de froid et d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 pour une production électrique d'une puissance supérieure à 100 kWe.
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