EP4332463A1 - Dispositif de production de chaleur - Google Patents

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EP4332463A1
EP4332463A1 EP23194165.9A EP23194165A EP4332463A1 EP 4332463 A1 EP4332463 A1 EP 4332463A1 EP 23194165 A EP23194165 A EP 23194165A EP 4332463 A1 EP4332463 A1 EP 4332463A1
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EP
European Patent Office
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heat
condenser
circuit
evaporator
fluid
Prior art date
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Pending
Application number
EP23194165.9A
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German (de)
English (en)
Inventor
Hai Trieu Phan
Delphine BOURDON
Jean-François Robin
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • F25B25/005—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
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    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers

Definitions

  • the present invention relates to the field of heat production and in particular industrial heat. It will find its application for applications with a strong need for decarbonization and in particular for high temperature heat pumps.
  • High temperature heat pumps are promising technologies.
  • the high temperature or even very high temperature heat pump allows the heat transfer fluid to reach a temperature of around 100°C.
  • waste energy as a heat source for the heat pump, the temperature of which can be quite low. It is then difficult to raise this temperature efficiently and to a temperature level sufficient for industrial use, for example.
  • TCA absorption heat transformers
  • AHT Absorption Heat Transfer
  • Air conditioning systems comprising an absorption machine and a mechanical compression machine are known from the document EP 3 627 074 . These systems aim to offer a complementary solution in the event of a lack of cold production by the absorption machine thanks to the compression machine.
  • the operation of an absorption machine for the production of cold differs from an absorption heat transformer (TCA), likewise with regard to a mechanical compression machine which produces cold compared to a heat pump for the heat production.
  • TCA absorption heat transformer
  • the coupling of the machines for the production of cold is done respectively by the condensers between them and the evaporators between them.
  • a heat production device comprising a first compression heat pump comprising a first fluid circuit capable of receiving a heat transfer fluid and on which are successively arranged a first compressor, a first condenser , a first expander and a first evaporator, characterized in that the device comprises an absorption heat transformer comprising a second fluidic circuit capable of receiving a working solution and on which are successively arranged a second evaporator, an absorber, a generator and a second condenser, the second condenser is coupled to, more precisely is arranged on the, first fluid circuit upstream of the first compressor and preferably downstream of the first evaporator and that the device comprises a coupling circuit capable of receiving a coupling fluid and on which the first condenser, the generator and the second evaporator are arranged, preferably successively.
  • This device thus makes it possible to produce so-called high temperature heat advantageously greater than or equal to 80°C preferably greater than or equal to 100°C while exploiting a low temperature heat source, preferably at ambient temperature, more precisely between 0 and 20 °C while still having good efficiency.
  • the coupling between the first heat pump and the absorption heat transformer is carried out at the level of the second condenser, that is to say the condenser of the absorption heat transformer so that the first heat transfer fluid of the first heat pump recovers the thermal rejection from the second capacitor of the absorption heat transformer.
  • the device also makes it possible to power the heat transformer with the thermal energy produced by the first heat pump.
  • Thermal energy from the first heat pump is transmitted from the first condenser to the generator and evaporator of the absorption heat transformer. This is possible because the first heat pump advantageously makes it possible to reach a temperature of the first heat transfer fluid at the outlet of the first compressor of at least 80°C.
  • Another aspect relates to a method of producing heat by a device as described above comprising the coupling of the first fluidic circuit of the first heat pump to the absorption heat transformer by the coupling between the second condenser and the first fluidic circuit and by the coupling between the first condenser and the generator and advantageously the second evaporator.
  • the upstream and downstream at a given point are taken with reference to the direction of circulation of the fluid in the circuit.
  • hot, cold, cooled we mean a relative temperature compared to another point in the system.
  • a parameter “substantially equal/greater/less than” or “of the order of” a given value is meant that this parameter is equal/greater/less than the given value, to within plus or minus 10%, or even to plus or minus 5% of this value.
  • the device according to the invention comprises a first heat pump 1 with a compressor.
  • the first heat pump 1 is intended to produce heat advantageously from a heat source 7 at low temperature.
  • the low temperature heat source 7 is advantageously a source of waste heat.
  • the heat source 7 is advantageously at a temperature less than or equal to 30°C, preferably an ambient temperature of around 25°C, preferably between 0° and 30°C, preferably around 20°C. vs.
  • the first heat pump 1 comprises a first fluid circuit 6.
  • the first fluid circuit 6 is advantageously a closed circuit.
  • the heat pump 1 comprises an evaporator 2, a compressor 3, a condenser 4 and an expander 5 arranged on said circuit 6 and advantageously in series.
  • the first fluidic circuit is intended to receive a first heat transfer fluid whose state changes during its circulation in the different components arranged on said circuit.
  • the heat pump 1 includes an evaporator 2 intended to vaporize the heat transfer fluid.
  • the heat transfer fluid in the liquid state evaporates by absorbing the heat from a heat source 7 also called a low temperature waste heat source, such as an external fluid for example a circulating air flow or a fluid flow from industrial processes.
  • the heat transfer fluid leaves the evaporator 2 in the gaseous state.
  • the evaporator 2 is fluidly connected to the expander 5 and to the compressor 3.
  • the evaporator 2 comprises a fluid connection with the expander 5 allowing the entry of the heat transfer fluid in the partially gaseous liquid state into the evaporator 2, preferably directly.
  • the evaporator 2 includes a fluid connection with the compressor 3 allowing the exit of the heat transfer fluid in the gaseous state from the evaporator 2.
  • the first heat pump 1 is coupled to an absorption heat transformer 20 described below.
  • the coupling is advantageously a thermal coupling.
  • coupling is meant a thermal connection of the first heat pump 1 and the absorption heat transformer 20.
  • Coupling means that there are interactions between coupled elements, that is to say a reciprocal reaction of two phenomena on each other.
  • the coupling takes place at least between the condenser 24 and the first fluid circuit 6.
  • the first heat transfer fluid of the first heat pump 1 constitutes at least partially, preferably only, the cold source 8 of the condenser 24 of the absorption heat transformer 20.
  • the first heat transfer fluid recovers the thermal energy evacuated during the condensation of the refrigerant in the condenser 24.
  • the first heat transfer fluid is thus heated by the absorption heat transformer 20.
  • the condenser 24 is thus arranged on the first fluid circuit upstream of the compressor 3 and advantageously downstream of the evaporator 2.
  • the device according to the invention comprises an intermediate circuit capable of receiving an intermediate fluid.
  • the intermediate fluidic circuit is arranged at the interface between the first fluidic circuit and the absorption heat transformer 20.
  • the intermediate circuit comprises a heat exchanger arranged on the first fluidic circuit preferably upstream of the compressor 3 and advantageously in downstream of the evaporator 2.
  • the heat exchanger is advantageously done directly at the level of the condenser 24.
  • the condenser 24 is arranged on the intermediate circuit so that the intermediate fluid forms the cold source 8 of the condenser 24 for the benefit of which the refrigerant fluid gives up its thermal energy during its condensation.
  • the heat pump 1 includes a compressor 3 intended to compress the heat transfer fluid, which causes an increase in the temperature of the heat transfer fluid.
  • the compressor 3 sucks the heat transfer fluid at low pressure and advantageously at low temperature preheated by the coupling with the absorption heat transformer 20.
  • the mechanical energy provided by the compressor 3 will make it possible to raise the pressure and the temperature of the heat transfer fluid in the gaseous state. An increase in enthalpy will result.
  • the heat transfer fluid leaves compressor 3 in the gaseous state.
  • Compressor 3 is powered by a motor.
  • the compressor 3 is fluidly connected to a condenser 4 and to the evaporator 2.
  • the compressor 3 comprises a fluidic connection with the evaporator 2 allowing the entry of the heat transfer fluid in the gas state at low temperature and low pressure into the compressor 3, more specifically with the condenser 24 of the absorption heat transformer or with an intermediate exchanger as described above.
  • the compressor 3 includes a fluid connection with the condenser 4 allowing the heat transfer fluid to exit in the gas state at high temperature and high pressure from the compressor 3, preferably directly.
  • the heat pump 1 comprises a condenser 4 intended to condense the heat transfer fluid into the state of hot gas coming from the compressor 3, advantageously by heat exchange with a fluid.
  • the heat transfer fluid in the gas state will give up its heat to a cooling source 9.
  • the coupling of the first heat pump 1 and the absorption heat transformer 20 is done between the condenser 4 and the generator 23 and advantageously with the evaporator 21, advantageously by a coupling circuit.
  • the cooling source 9 is at least partially, preferably only, a coupling fluid of a coupling circuit 10.
  • the coupling circuit 10 is capable of receiving the coupling fluid.
  • the coupling circuit 10 ensures thermal coupling between the condenser 4, the generator 23 and the evaporator 21.
  • the generator 23 and the evaporator 21 are arranged in parallel so that the coupling fluid from the condenser 4 is sent in parallel to power the generator 23 and the evaporator 21.
  • the coupling circuit 10 is a closed circuit.
  • the coupling circuit 10 is distinct from the first fluidic circuit 6 and the second fluidic circuit 25. These three circuits are fluidically independent, that is to say that their respective fluids do not mix.
  • the coupling circuit successively comprises the first condenser 4 then the generator 23 and/or/then the evaporator 21. This arrangement is made according to the direction of circulation of the coupling fluid.
  • the coupling circuit 10 is preferably made up of the condenser 4, the generator 23 and advantageously the evaporator 21.
  • the coupling circuit 10 does not include the absorber, nor the second evaporator, nor advantageously other members of the first pump to heat 1.
  • the heat transfer fluid transfers its thermal energy to the coupling fluid during its condensation.
  • the heat transfer fluid leaves the condenser 4 in the liquid state.
  • the condenser 4 is fluidly connected to the compressor 3 and to the expander 5.
  • the condenser 4 comprises a fluid connection with the compressor 3 allowing the entry of the heat transfer fluid in the gas state at high temperature and high pressure into the condenser 4, preferably directly.
  • the condenser 4 includes a fluid connection with the expander 5 allowing the heat transfer fluid to exit in the liquid state from the condenser 4, preferably directly.
  • the regulator 5 is intended to expand the heat transfer fluid into the liquid state.
  • the regulator 5 lowers the pressure of the heat transfer fluid causing a drop in its temperature.
  • the heat transfer fluid leaves the regulator 5 partially in the gaseous state.
  • the expander 5 is fluidly connected to the condenser 4 and the evaporator 2.
  • the expander 5 comprises a fluid connection with the condenser 4 allowing the entry of the heat transfer fluid in the state of liquid at high pressure into the expander 5, preferably directly .
  • the regulator 5 includes a fluid connection with the evaporator 2 allowing the outlet of the heat transfer fluid in the partially gaseous state of the regulator 5, preferably directly.
  • the device according to the invention further comprises an absorption heat transformer 20.
  • the absorption heat transformer 20 operates with a cycle different from an absorption machine where the production of cold is sought. Here, it is heat production that is sought.
  • the absorption heat transformer is powered by a heat source 11 at the level of the generator 23, for example at a temperature of the order of 70-80°C and supplies at the level of the absorber 22 a hot source 37 at a temperature of the order of 120°C.
  • An absorption heat transformer 20 is a thermal absorption heat pump using a working solution based on refrigerant/sorbent couples having strong affinities. This solution has low electrical consumption, the main energy coming from the thermal source, making it possible to limit the operating cost in the case of the valorization of a low-cost energy source or waste heat.
  • This type of heat transformer works thanks to the ability of certain liquids to absorb (exothermic reaction) and desorb (endothermic reaction) a vapor. They also use the fact that the solubility of this vapor in the liquid depends on temperature and pressure. Thus, these transformers use as a working solution a binary mixture, one of the components of which is more volatile than the other, and constitutes the refrigerant.
  • the absorption heat transformer 20 comprises an absorption fluid circuit 34 configured to ensure the fluid connection of the different components of the absorption heat transformer 20.
  • the absorption fluid circuit 34 is a closed circuit intended to receive the working solution.
  • An absorption heat transformer comprises four main exchangers (generator 23, absorber 22, condenser 24 and evaporator 21), and advantageously from one to three secondary exchangers.
  • the role of the three secondary exchangers is to improve the performance of the machine such as: a rectifier (not shown), an economizer (28), preheating (not shown).
  • a rectifier can be added between the generator 23 and the condenser 24 and/or a preheater between the condenser 24 and evaporator 21.
  • the TCA 20 also includes at least one solution pump 26 and at least two expansion valves.
  • This type of transformer 20 operates at three temperature levels: a low temperature level corresponding to the heat production at the condenser 24, an intermediate temperature level corresponding to the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator 21, but also at the driving temperature of the generator 23 and a high temperature level corresponding to the absorption temperature in the absorber 22.
  • a TCA 20 operates partly at high pressure between the condenser inlet 24 and the outlet of the evaporator 21 and on the other hand at low pressure between the inlet of the absorber 22 and the outlet of the generator 23.
  • thermodynamic cycle is feasible due to the vapor pressure difference between the absorbent and the refrigerant which is variable depending on the temperature and pressure. This variability allows for a difference in concentration between the poor solution and the rich solution described below.
  • the advantage of this absorption cycle is that mechanical compression is replaced by thermochemical compression which produces heat. The only primary energy input required is at pumps 26-27, but the work is approximately 96 times less than the work that the steam compressor must provide for similar operating conditions.
  • the TCA 20 comprises a working solution comprising the refrigerant/absorbent couple preferably chosen from the ammonia/water (NH3/H2O) or water/Lithium Bromide (H 2 O/LiBr ).
  • the refrigerant/absorbent couple preferably chosen from the ammonia/water (NH3/H2O) or water/Lithium Bromide (H 2 O/LiBr ).
  • the NH3/H2O couple can be used for heating applications.
  • the vapor pressure difference between the absorbent and the refrigerant is small. There are therefore traces of water carried with the ammonia vapor leaving the generator, sometimes requiring the presence of a rectifier.
  • the working solution is called rich, because the concentration of refrigerant is greater than in the so-called lean working solution.
  • the absorption heat transformer 20 comprises: a generator 23 described in detail below.
  • the generator 23 is configured to vaporize the refrigerant.
  • the generator 23 is fluidly connected to the absorber 22 and to the condenser 24.
  • the generator 23 comprises a fluidic connection with the absorber 22 allowing the entry of the so-called rich working solution into the generator 23, preferably directly.
  • the absorption heat transformer 20 comprises between the generator 23 and the absorber 22, an economizer 28, an expander 29 and a pump 27.
  • the economizer 28 and the expander 29 ensure the circulation of the working solution from the absorber 22 to the generator 23 and vice versa.
  • the economizer 28 and the pump 27 ensure the circulation of the working solution between the generator 23 and the absorber 22 by generating the so-called lean working solution and the so-called rich working solution.
  • the generator 23 comprises a fluid connection with the condenser 24 allowing the refrigerant vapor to exit from the generator 23, preferably directly except for example in the presence of a rectifier described below and/or preheating.
  • the generator 23 also includes an inlet and a heat source outlet 11 allowing the heat supply necessary for the vaporization of the refrigerant.
  • the heat source 11, or hot source comprises at least partially, preferably only the coupling fluid heated by the first heat pump 1.
  • the hot source 11 comes at least partially from the fatal energy supplying the first heat pump 1.
  • the absorption heat transformer 20 according to the invention comprises a condenser 24 described in detail below.
  • the condenser 24 is configured to condense the refrigerant vapor.
  • the condenser 24 is fluidly connected to the generator 23 and the evaporator 21.
  • the condenser 24 comprises a fluid connection from the generator 23 allowing the entry of the refrigerant vapor into the condenser 24, preferably directly or through a rectifier and/or overheating.
  • the condenser 24 comprises a fluid connection with the evaporator 21 allowing the outlet of the refrigerant in the liquid state, directly or through a pump 27 intended to bring the refrigerant to its evaporation pressure, it lowers the pressure fluid.
  • the condenser 24 also comprises a secondary heat source 8 constituted at least partially according to the invention by the first heat transfer fluid of the first heat pump 1.
  • the phase change of the refrigerant from the vapor state to the liquid state s is accompanied by a release of heat which is transmitted to the first heat transfer fluid of the first heat pump 1, thus allowing it to be preheated before
  • the absorption heat transformer 20 comprises a rectifier arranged between the generator 23 and the condenser 24.
  • the rectifier makes it possible to remove by condensation the traces of water entrained with the refrigerant fluid at the outlet of the generator 23 and thus ensures the correct operation of transformer 20.
  • the absorption heat transformer 20 comprises a pump 27 arranged between the condenser 24 and the evaporator 21.
  • the pump 27 is configured to expand the refrigerant into the liquid state coming from the condenser 24.
  • the pump 27 brings the refrigerant to its evaporation pressure.
  • the absorption heat transformer 20 may include a superheater (not shown) arranged between the condenser 24 and the evaporator 21.
  • the superheater is a heat exchanger arranged between the fluidic connection of the condenser 24 to the evaporator 21 and the fluidic connection of the generator 23 towards the condenser 24.
  • the heated refrigerant leaving the generator 23 passes through the superheater to transmit part of its heat to the refrigerant leaving the condenser 24, thus making it possible to preheat the refrigerant before entering the evaporator 21.
  • Superheating makes it possible to recover energy and therefore to reduce the size of the condenser 24 and the evaporator 21 and thus to significantly improve the performance of the machine. The relevance of this component depends on the operating temperatures, the size of the machine and the cost of the exchangers.
  • the absorption heat transformer according to the invention comprises an evaporator 21 described in detail below.
  • the evaporator 21 is configured to vaporize the refrigerant.
  • the evaporator 21 is fluidly connected to the condenser 24 and the absorber 22.
  • the evaporator 21 includes a fluid connection from the condenser 24.
  • the evaporator 21 includes a fluid connection with the absorber 24, allowing the exit of the vapor of refrigerant, preferably directly.
  • the evaporator 21 also includes an inlet and an outlet of a heat source 12.
  • the phase change of the refrigerant from the liquid state to the vapor state is accompanied by a transmission of heat from the hot source 12 to refrigerant.
  • the hot source 12 transmits calories and thus sees its temperature lower.
  • the hot source 12 is advantageously the coupling fluid of the coupling circuit heated by the first condenser 4 of the first heat pump 1.
  • the absorption heat transformer 20 according to the invention comprises an absorber 22 described in detail below.
  • An absorber 22 is configured to condense the refrigerant vapor from the evaporator 21.
  • the absorber 22 is fluidly connected to the evaporator 21 and to the generator 23.
  • the absorber 22 includes a fluid connection from the evaporator 21 allowing the entry of the refrigerant in the vapor state into the absorber 22, preferably directly.
  • the absorber 22 comprises a fluidic connection with the generator 23, more precisely to an economizer 28 through which the solution of so-called rich work is reheated before being transmitted to the generator 23. Then the so-called rich working solution leaving the absorber 22 towards the generator 23 comes out of the economizer 28 then passes preferentially through a regulator 29 before 'reach the generator 23.
  • the economizer 28 is an exchanger transmitting heat from the so-called poor solution coming from the generator 23 to the so-called rich solution coming from the absorber 22.
  • the economizer 28 allows energy recovery making it possible to reduce the size of the absorber 22 and the generator 23 and thus significantly improve the performance of the transformer 20.
  • the generator 23 comprises a fluid connection with the absorber 22, more precisely with a solution pump 27.
  • the fluid connection allows the entry of the so-called poor working solution from the generator 23 into the absorber 22, preferably through the pump 27 then the economizer 28.
  • the phase change of the fluid refrigerant from the vapor state to the liquid state is accompanied by a release of heat which is transmitted to a secondary heat source 37.
  • the heat source 37 heated by the absorber 22 can, according to one possibility, be used directly, particularly in industry.
  • the temperature of the heat source 37 at the outlet of the absorber 22 is advantageously at least 80°C, preferably 100°C or even 120°C.
  • the secondary heat source 37 is at least partially the second heat transfer fluid of a second heat pump 30.
  • the second heat pump 30 is intended to supplement the heat production produced by the first heat pump 1 and the absorption heat transformer 20.
  • the second heat pump 30 is intended to produce heat advantageously from a heat source 37 at high temperature.
  • the high temperature heat source 37 is advantageously the heat produced by the heat transformer 20.
  • the heat source 37 is advantageously at a temperature greater than or equal to 80°C, preferably a temperature 100°C.
  • the second heat pump 30 comprises a second fluid circuit 34.
  • the second fluid circuit 34 is advantageously a closed circuit.
  • the heat pump 30 comprises an evaporator, a compressor 31, a condenser 32 and an expander 33 arranged on said circuit 34 and advantageously in series.
  • the second fluidic circuit 34 is intended to receive a second heat transfer fluid whose state changes during its circulation in the different components arranged on said circuit.
  • the heat pump 30 comprises a condenser 32 intended to condense the heat transfer fluid into the state of hot gas coming from the compressor 31, advantageously by heat exchange with a fluid.
  • the heat transfer fluid in the gas state will give up its heat to a heating source 35. It is this heating source 35 which is sought in this embodiment so that it can be used in particular industrially.
  • This heat source 35 to be heated is, for example, at 190°C. It comes from consumer feedback.
  • the heat transfer fluid transfers its thermal energy to the source to be heated 35 during its condensation.
  • the heat transfer fluid leaves the condenser 32 in the liquid state.
  • the condenser 32 is fluidly connected to the compressor 31 and to the expander 33.
  • the condenser 32 comprises a fluidic connection with the compressor 31 allowing the entry of the heat transfer fluid in the gas state at high temperature and high pressure into the condenser 32, preferably directly.
  • the condenser 32 includes a fluid connection with the expander 31 allowing the heat transfer fluid to exit in the liquid state from the condenser 32, preferably directly.
  • the regulator 31 is intended to expand the heat transfer fluid into the liquid state.
  • the regulator 31 lowers the pressure of the heat transfer fluid causing a drop in its temperature.
  • the heat transfer fluid leaves the regulator 5 partially in the gaseous state.
  • the expansion valve 31 is fluidly connected to the condenser 32 and the evaporator.
  • the regulator 31 comprises a fluid connection with the condenser 32 allowing the entry of the heat transfer fluid in the state of liquid at high pressure into the regulator 5, preferably directly.
  • the regulator 31 comprises a fluid connection with the evaporator allowing the heat transfer fluid to exit in the partially gaseous state from the regulator 31, preferably directly.
  • the heat pump 30 includes a compressor 31 intended to compress the heat transfer fluid, which causes an increase in the temperature of the heat transfer fluid.
  • the compressor 31 sucks the heat transfer fluid at low pressure and advantageously at high temperature preheated by the coupling with the absorption heat transformer 20.
  • the mechanical energy provided by the compressor 31 will make it possible to raise the pressure and the temperature of the heat transfer fluid in the gaseous state. An increase in enthalpy will result.
  • the heat transfer fluid leaves the compressor 31 in the gaseous state.
  • Compressor 31 is powered by a motor.
  • Compressor 31 is fluidly connected to a condenser 32 and the evaporator.
  • the compressor 31 includes a fluid connection with the evaporator allowing the entry of the heat transfer fluid in the gas state at high temperature and low pressure into the compressor 3, more specifically with the absorber 22 of the absorption heat transformer.
  • the compressor 31 includes a fluid connection with the condenser 32 allowing the heat transfer fluid to exit in the gas state at high temperature and high pressure from the compressor 31, preferably directly.
  • the heat pump 30 includes an evaporator intended to vaporize the heat transfer fluid.
  • the heat transfer fluid in the liquid state evaporates by absorbing heat from a heat source.
  • the heat transfer fluid leaves the evaporator in a gaseous state.
  • the evaporator is fluidly connected to the expander 33 and to the compressor 31.
  • the evaporator includes a fluid connection with the expander 31 allowing the entry of the heat transfer fluid in the partially gaseous liquid state into the evaporator, preferably directly.
  • the evaporator includes a fluid connection with the compressor 13 allowing the exit of the heat transfer fluid in the gaseous state from the evaporator.
  • the second heat pump 30 is coupled to the absorption heat transformer 20.
  • the coupling is advantageously a thermal coupling.
  • coupling is meant a thermal connection of the second heat pump 30 and the absorption heat transformer 20.
  • Coupling means that there are interactions between coupled elements, that is to say a reciprocal reaction of two phenomena on each other.
  • the coupling of the second heat pump 30 and the absorption heat transformer 20 is done between the absorber 22 and the evaporator of the heat pump.
  • the second heat pump 30 does not include its own evaporator, it is the absorber 22 which plays the role of the evaporator in the second heat pump 30.
  • the second heat transfer fluid of the second heat pump 30 constitutes at least partially, preferably only, the source to be heated 37 of the absorber 22 of the absorption heat transformer 20. In this way, the second heat transfer fluid recovers the thermal energy evacuated during condensation of the refrigerant in the absorber 22.
  • the second heat transfer fluid is thus heated by the absorption heat transformer 20.
  • the absorber 22 is thus arranged on the second fluid circuit upstream of the compressor 31 and advantageously downstream of the expander 33.
  • the device according to the invention comprises an intermediate circuit capable of receiving an intermediate fluid.
  • the intermediate fluid circuit is arranged at the interface between the second heat pump 20 and the absorption heat transformer 20.
  • the intermediate circuit fluidly connects the absorber 22 and the evaporator of the heat pump 20.
  • the heat exchanger is advantageously done directly at the level of the absorber 22.
  • the absorber 22 is arranged on the intermediate circuit so that the intermediate fluid forms the source to be heated 37 of the absorber 22 for the benefit of which the refrigerant fluid gives up its thermal energy during its condensation.
  • the evaporator is arranged on the intermediate circuit so that the intermediate fluid forms the hot source of the evaporator providing the thermal energy to vaporize the heat transfer fluid of the heat pump 30.
  • the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid are chosen from the family of hydrofluoro-olefins (HFO), known as fourth generation, such as for example R-1234yf.
  • HFO hydrofluoro-olefins
  • Fluids from the hydrofluoroolefin family are fluorinated gases with very low global warming potential (GWP).
  • GWP global warming potential
  • the device according to the invention thus provides a gain of 60% compared to direct heating.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de production de chaleur comprenant une première pompe à chaleur à compression (1) comprenant un premier circuit fluidique (6) apte à recevoir un fluide caloporteur et sur lequel est agencé successivement un premier compresseur (3), un premier condenseur (4), un premier détendeur (5) et un premier évaporateur (2), caractérisé en ce que le dispositif comprend un transformateur de chaleur à absorption (20) comprenant un deuxième circuit fluidique (25) apte à recevoir une solution de travail et sur lequel est agencé successivement un deuxième évaporateur (21), un absorbeur (22), un générateur (23) et un deuxième condenseur (24), le deuxième condenseur (24) est couplé au premier circuit fluidique (6) en amont du premier compresseur (3) et préférentiellement en aval du premier évaporateur (2) et que le dispositif comprend un circuit de couplage (10) apte à recevoir un fluide de couplage et sur lequel est agencé le premier condenseur (4), le générateur (23) et le deuxième évaporateur (21).

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention concerne le domaine de la production de chaleur et notamment de chaleur industrielle. Elle trouvera son application pour des applications à fort besoin de décarbonation et notamment pour des pompes à chaleurs haute température.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • Les recherches s'orientent toujours plus vers le développement de solutions permettant l'optimisation des sources d'énergie notamment par la récupération optimale de chaleur fatale. Ces recherches ont notamment pour objet de réduire l'émission de CO2.
  • Les pompes à chaleur haute température sont des technologies prometteuses. La pompe à chaleur haute température voire très haute température permet au fluide caloporteur d'atteindre une température de l'ordre de 100°C.
  • Dans ces types de pompes à chaleur, la difficulté réside dans la conception de compresseur ayant des coefficients de performance (COP) importants d'au moins 2 voire 3.
  • Par ailleurs, il est courant d'utiliser comme source de chaleur pour la pompe à chaleur de l'énergie fatale dont la température peut être assez basse. Il est alors difficile de remonter cette température de manière efficace et à un niveau de température suffisant pour une utilisation industrielle par exemple.
  • La publication C. Arpagaus et al., 2018, High température heat pumps: Market overview, state of the art, research status, réfrigérants, and application potentials, Energy 152 (2018) 985-1010 décrit différentes pompes à chaleur haute température avec compresseur à vapeur.
  • En parallèle, on connait également les transformateurs de chaleur à absorption (TCA) encore dénommés Absorption Heat Transfer (AHT). Ces transformateurs sont présentés comme permettant une faible consommation électrique sans utilisation de compresseur. Cette technologie est jusqu'à présent encore peu connue.
  • Des systèmes de climatisation comprenant une machine à absorption et une machine à compression mécanique sont connues du document EP 3 627 074 . Ces systèmes ont pour objet de proposer une solution complémentaire en cas de déficit de production de froid par la machine à absorption grâce à la machine à compression. Le fonctionnement d'une machine à absorption pour la production de froid diffère d'un transformateur de chaleur à absorption (TCA), de même en ce qui concerne une machine à compression mécanique qui produit du froid par rapport à une pompe à chaleur pour la production de chaleur. De plus, dans ce document le couplage des machines pour la production de froid se fait respectivement par les condenseurs entre eux et les évaporateurs entre eux.
  • Il existe le besoin de proposer une solution qui permet à la fois d'utiliser de la chaleur fatale pour produire de l'énergie thermique pour l'industrie, classiquement au moins à 80° voir 100°C tout en ayant une consommation énergétique la plus faible possible.
    • RESUME
  • Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation on prévoit un dispositif de production de chaleur comprenant une première pompe à chaleur à compression comprenant un premier circuit fluidique apte à recevoir un fluide caloporteur et sur lequel sont agencés successivement un premier compresseur, un premier condenseur, un premier détendeur et un premier évaporateur, caractérisé en ce que le dispositif comprend un transformateur de chaleur à absorption comprenant un deuxième circuit fluidique apte à recevoir une solution de travail et sur lequel sont agencés successivement un deuxième évaporateur, un absorbeur, un générateur et un deuxième condenseur, le deuxième condenseur est couplé au, plus précisément est agencé sur le, premier circuit fluidique en amont du premier compresseur et préférentiellement en aval du premier évaporateur et que le dispositif comprend un circuit de couplage apte à recevoir un fluide de couplage et sur lequel est agencé, préférentiellement successivement, le premier condenseur, le générateur et le deuxième évaporateur.
  • Ce dispositif permet ainsi de produire une chaleur dite à haute température avantageusement supérieure ou égale à 80°C préférentiellement supérieure ou égale à 100°C tout en valorisant une source de chaleur à basse température, préférentiellement à température ambiante, plus précisément entre 0 et 20°C en ayant toutefois une bonne efficacité.
  • Pour cela, le couplage entre la première pompe à chaleur et le transformateur de chaleur à absorption est réalisé au niveau du deuxième condenseur c'est-à-dire du condenseur du transformateur de chaleur à absorption de sorte que le premier fluide caloporteur de la première pompe à chaleur récupère le rejet thermique du deuxième condensateur du transformateur de chaleur à absorption. Cela permet d'optimiser l'évaporation du premier fluide caloporteur avant d'être comprimé dans le premier compresseur.
  • De plus, le dispositif permet également d'alimenter le transformateur de chaleur par l'énergie thermique produite par la première pompe à chaleur. L'énergie thermique de la première pompe à chaleur est transmise depuis le premier condenseur au générateur et à l'évaporateur du transformateur de chaleur à absorption. Cela est possible, car la première pompe à chaleur permet avantageusement d'atteindre une température du premier fluide caloporteur en sortie du premier compresseur d'au moins 80°C.
  • Un autre aspect concerne un procédé de production de chaleur par un dispositif tel que décrit ci-dessus comprenant le couplage du premier circuit fluidique de la première pompe à chaleur au transformateur de chaleur à absorption par le couplage entre le deuxième condenseur et le premier circuit fluidique et par le couplage entre le premier condenseur et le générateur et avantageusement le deuxième évaporateur.
    • BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d'accompagnement.
    • La figure 1 représente un dispositif de production de chaleur selon un premier mode de réalisation de l'invention comprenant une première pompe à chaleur et un transformateur de chaleur à absorption.
    • La figure 2 représente un dispositif de production de chaleur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention comprenant une première pompe à chaleur, un transformateur de chaleur à absorption et une deuxième pompe à chaleur.
    • La figure 3 représente le circuit du transformateur de chaleur à absorption.
  • Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques.
    • DESCRIPTION DÉTAILLÉE
  • Avant d'entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l'invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
    • Selon un exemple, le circuit de couplage 10 est distinct du premier circuit fluidique 6 et du deuxième circuit fluidique 25. Préférentiellement, le premier circuit fluidique 6 et le deuxième circuit fluidique 25 sont distincts ;
    • Selon un exemple, le deuxième condenseur 24 est agencé sur le premier circuit fluidique 6 en aval du premier évaporateur 2 et en amont du premier compresseur 3 ;
    • Selon un exemple, le dispositif comprend un premier circuit intermédiaire apte à recevoir un premier fluide intermédiaire et agencé entre le deuxième condenseur 24 et un échangeur thermique agencé sur le premier circuit fluidique ;
    • Selon un exemple, le premier évaporateur 2 est configuré pour être alimenté par une source froide basse température 7, préférentiellement inférieure à 20°C, plus préférentiellement inférieure à 15°C ;
      • Selon un exemple, le générateur 23 et le deuxième évaporateur 21 sont agencés en parallèle sur le circuit de couplage 10 ;
      • Selon un exemple, le circuit de couplage une sortie du premier condenseur 4 est connectée fluidiquement, préférentiellement directement, à une entrée du générateur 23 et du deuxième évaporateur 21, une sortie du générateur 23 est connectée fluidiquement, préférentiellement directement, à une entrée du condenseur 4 et à une entrée du deuxième évaporateur 21, une sortie du deuxième évaporateur 21 est connectée fluidiquement, préférentiellement directement, à une entrée du premier condenseur 4 ;
      • Selon un exemple, le premier fluide caloporteur de la première pompe à chaleur 1 constitue une source froide 8 du deuxième condenseur 24 du transformateur de chaleur à absorption 20 ;
      • Selon un exemple, le fluide de couplage du circuit de couplage constitue une source de refroidissement 9 du premier condenseur 4 de la pompe à chaleur 1 ;
      • Selon un exemple, le fluide de couplage du circuit de couplage constitue une source de chaleur 11 du générateur 23 du transformateur de chaleur à absorption 20.
      • Selon un exemple, le fluide de couplage du circuit de couplage constitue une source chaude 12 du deuxième évaporateur 21 du transformateur de chaleur à absorption 20 ;
      • Selon un exemple, le dispositif comprend une deuxième pompe à chaleur à compression 30 comprenant un deuxième circuit fluidique 34 apte à recevoir un deuxième fluide caloporteur et sur lequel est agencé successivement un deuxième compresseur 31, un deuxième détendeur 33 et un troisième condenseur 32, l'absorbeur 22 étant couplé au, plus précisément est agencé sur le, deuxième circuit fluidique en amont du deuxième compresseur 31 et préférentiellement en aval du deuxième détendeur 33.
  • Cette deuxième pompe à chaleur est couplée au transformateur de chaleur à absorption de sorte à rehausser à nouveau le niveau de température. Le couplage permet de récupérer la chaleur produite par le transformateur de chaleur à absorption pour alimenter la pompe à chaleur qui fonctionne alors avec un différentiel de température optimisé permettant un coefficient de performance optimal.
    • Selon un exemple, l'absorbeur 24 est agencé sur le deuxième circuit fluidique en aval du détendeur 31 et en amont du compresseur 31 ;
    • Selon un exemple, le dispositif comprend un deuxième circuit intermédiaire apte à recevoir un deuxième fluide intermédiaire et agencé entre l'absorbeur 22 et un évaporateur agencé sur le deuxième circuit fluidique en aval du détendeur 33 et en amont du compresseur 31 ;
    • Selon un exemple, le procédé comprend le couplage du premier circuit fluidique de la première pompe à chaleur 1 au transformateur de chaleur à absorption 20 par l'agencement du deuxième condenseur 24 sur le premier circuit fluidique 6 de la première pompe à chaleur 1 et par le circuit de couplage 10 sur lequel est agencé le premier condenseur 4 et le générateur 23 et l'évaporateur 21, le générateur 23 et l'évaporateur 21 étant agencés en parallèle ;
    • Selon un exemple, le premier fluide caloporteur de la première pompe à chaleur 1 constitue une source froide 8 du deuxième condenseur 24 du transformateur de chaleur à absorption 20 en récupérant l'énergie thermique évacuée lors de la condensation du premier fluide caloporteur dans le deuxième condenseur 24 ;
    • Selon un exemple, le fluide de couplage du circuit de couplage 10 constitue une source de chaleur 11 du générateur 23 du transformateur de chaleur à absorption 20 en récupérant l'énergie thermique évacuée lors de la condensation du premier fluide caloporteur dans le premier condenseur 4 ;Selon un exemple, la solution de travail du transformateur de chaleur à absorption est choisie parmi le couple NH3/H2O ou H2O/LiBr.
  • L'usage de l'article indéfini " un " ou " une " pour un élément ou une étape n'exclut pas, sauf mention contraire, la présence d'une pluralité de tels éléments ou étapes.
  • Dans la présente description, l'expression « A fluidiquement raccordé à B» est synonyme de " A est en connexion fluidique avec B" ne signifie pas nécessairement qu'il n'existe pas d'organe entre A et B. Les expressions "agencée sur" ou "sur" sont synonymes de "raccordé fluidiquement à".
  • L'amont et l'aval en un point donné sont pris en référence au sens de circulation du fluide dans le circuit.
  • On entend par chaud, froid, refroidi, une température relative par rapport à un autre point du système.
  • On entend par un paramètre "sensiblement égal/supérieur/inférieur à" ou "de l'ordre de" une valeur donnée, que ce paramètre est égal/supérieur/inférieur à la valeur donnée, à plus ou moins 10 % près, voire à plus ou moins 5 % près, de cette valeur.
  • Les termes "premier", "deuxième" et "troisième", etc. sont utilisés simplement comme des étiquettes, et ne sont pas destinés à imposer des exigences numériques sur leurs objets
  • Le dispositif selon l'invention comprend une première pompe à chaleur 1 à compresseur. La première pompe à chaleur 1 est destinée à produire de la chaleur avantageusement à partir d'une source de chaleur 7 à basse température. La source de chaleur 7 basse température est avantageusement une source de chaleur fatale. La source de chaleur 7 est avantageusement à une température inférieure ou égale à 30°C, préférentiellement une température ambiante de l'ordre de 25°C, préférentiellement comprise entre 0° et 30°C, préférentiellement, de l'ordre de 20°C.
  • La première pompe à chaleur 1 comprend un premier circuit fluidique 6. Le premier circuit fluidique 6 est avantageusement un circuit fermé. La pompe à chaleur 1 comprend un évaporateur 2, un compresseur 3, un condenseur 4 et un détendeur 5 agencés sur ledit circuit 6 et avantageusement en série. Le premier circuit fluidique est destiné à recevoir un premier fluide caloporteur dont l'état évolue lors de sa circulation dans les différents composants agencés sur ledit circuit.
  • La pompe à chaleur 1 comprend un évaporateur 2 destiné à vaporiser le fluide caloporteur. Le fluide caloporteur à l'état liquide s'évapore en absorbant la chaleur d'une source de chaleur 7 également dénommée source de chaleur fatale basse température, telle qu'un fluide extérieur par exemple un flux d'air circulant ou un flux de fluide issu de process industriel. Le fluide caloporteur sort de l'évaporateur 2 à l'état gazeux. L'évaporateur 2 est connecté fluidiquement au détendeur 5 et au compresseur 3. L'évaporateur 2 comprend une connexion fluidique avec le détendeur 5 permettant l'entrée du fluide caloporteur à l'état liquide partiellement gazeux dans l'évaporateur 2, préférentiellement directement. L'évaporateur 2 comprend une connexion fluidique avec le compresseur 3 permettant la sortie du fluide caloporteur à l'état de gazeux de l'évaporateur 2.
  • Selon l'invention, la première pompe à chaleur 1 est couplée à un transformateur de chaleur à absorption 20 décrit ci-après.
  • Le couplage est avantageusement un couplage thermique. On entend par couplage une liaison thermique de la première pompe à chaleur 1 et du transformateur de chaleur à absorption 20.
  • Le couplage signifie qu'il y a des interactions entre les éléments couplés, c'est à dire une réaction réciproque de deux phénomènes l'un sur l'autre.
  • Avantageusement, le couplage se fait au moins entre le condenseur 24 et le premier circuit fluidique 6.
  • Selon une première possibilité préférée et représentée, le premier fluide caloporteur de la première pompe à chaleur 1 constitue au moins partiellement, préférentiellement uniquement, la source froide 8 du condenseur 24 du transformateur de chaleur à absorption 20. De cette manière, le premier fluide caloporteur récupère l'énergie thermique évacuée lors de la condensation du fluide frigorigène dans le condenseur 24. Le premier fluide caloporteur est ainsi chauffé par le transformateur de chaleur à absorption 20. Préférentiellement, le condenseur 24 est ainsi agencé sur le premier circuit fluidique en amont du compresseur 3 et avantageusement en aval de l'évaporateur 2.
  • Selon une deuxième possibilité non représentée, le dispositif selon l'invention comprend un circuit intermédiaire apte à recevoir un fluide intermédiaire. Le circuit fluidique intermédiaire est agencé à l'interface entre le premier circuit fluidique et le transformateur de chaleur à absorption 20. Selon cette possibilité, le circuit intermédiaire comprend un échangeur thermique agencé sur le premier circuit fluidique préférentiellement en amont du compresseur 3 et avantageusement en aval de l'évaporateur 2. Au niveau du transformateur de chaleur à absorption 20, l'échangeur thermique se fait avantageusement directement au niveau du condenseur 24. Le condenseur 24 est agencé sur le circuit intermédiaire de sorte que le fluide intermédiaire forme la source froide 8 du condenseur 24 au profit de laquelle le fluide réfrigérant cède son énergie thermique lors de sa condensation.
  • La pompe à chaleur 1 comprend un compresseur 3 destiné à comprimer le fluide caloporteur ce qui provoque une augmentation de la température du fluide caloporteur. Le compresseur 3 aspire le fluide caloporteur à basse pression et avantageusement à basse température préchauffé par le couplage avec le transformateur de chaleur à absorption 20. L'énergie mécanique apportée par le compresseur 3 va permettre d'élever la pression et la température du fluide caloporteur à l'état gazeux. Une augmentation d'enthalpie en résultera. Le fluide caloporteur sort du compresseur 3 à l'état gazeux. Le compresseur 3 est alimenté par un moteur. Le compresseur 3 est connecté fluidiquement à un condenseur 4 et à l'évaporateur 2. Le compresseur 3 comprend une connexion fluidique avec l' évaporateur 2 permettant l'entrée du fluide caloporteur à l'état de gaz à basse température et basse pression dans le compresseur 3, plus spécifiquement avec le condenseur 24 du transformateur de chaleur à absorption ou avec un échangeur intermédiaire tel que décrit ci-dessus. Le compresseur 3 comprend une connexion fluidique avec le condenseur 4 permettant la sortie du fluide caloporteur à l'état de gaz à haute température et haute pression du compresseur 3, préférentiellement directement.
  • La pompe à chaleur 1 comprend un condenseur 4 destiné à condenser le fluide caloporteur à l'état de gaz chaud provenant du compresseur 3, avantageusement par échange thermique avec un fluide. Le fluide caloporteur à l'état de gaz va céder sa chaleur à une source de refroidissement 9.
  • Avantageusement, le couplage de la première pompe à chaleur 1 et du transformateur de chaleur à absorption 20 se fait entre le condenseur 4 et le générateur 23 et avantageusement avec l'évaporateur 21, avantageusement par un circuit de couplage. Préférentiellement, la source de refroidissement 9 est au moins partiellement, préférentiellement uniquement, un fluide de couplage d'un circuit de couplage 10. Le circuit de couplage 10 est apte à recevoir le fluide de couplage. Le circuit de couplage 10 assure le couplage thermique entre le condenseur 4, le générateur 23 et l'évaporateur 21. Préférentiellement, le générateur 23 et l'évaporateur 21 sont agencés en parallèle de sorte que le fluide de couplage issu du condenseur 4 est envoyé en parallèle pour alimenter le générateur 23 et l'évaporateur 21. Avantageusement, le circuit de couplage 10 est un circuit fermé. Préférentiellement, le circuit de couplage 10 est distinct du premier circuit fluidique 6 et du deuxième circuit fluidique 25. Ces trois circuits sont indépendants fluidiquement, c'est-à-dire que leurs fluides respectifs ne se mélangent pas. Le circuit de couplage comprend successivement le premier condenseur 4 puis le générateur 23 et/ou/puis l'évaporateur 21. Cet agencement se fait suivant le sens de circulation du fluide de couplage. Le circuit de couplage 10 est préférentiellement constitué du condenseur 4, du générateur 23 et avantageusement de l'évaporateur 21. Le circuit de couplage 10 ne comprend pas l'absorbeur, ni le deuxième évaporateur, ni avantageusement d'autres organes de la première pompe à chaleur 1.
  • Dans le condenseur, le fluide caloporteur cède son énergie thermique au fluide de couplage lors de sa condensation. Le fluide caloporteur sort du condenseur 4 à l'état liquide. Le condenseur 4 est connecté fluidiquement au compresseur 3 et au détendeur 5. Le condenseur 4 comprend une connexion fluidique avec le compresseur 3 permettant l'entrée du fluide caloporteur à l'état de gaz à haute température et haute pression dans le condenseur 4, préférentiellement directement. Le condenseur 4 comprend une connexion fluidique avec le détendeur 5 permettant la sortie du fluide caloporteur à l'état de liquide du condenseur 4, préférentiellement directement.
  • Le détendeur 5 est destiné à détendre le fluide caloporteur à l'état liquide. Le détendeur 5 abaisse la pression du fluide caloporteur provoquant une baisse de sa température. Le fluide caloporteur sort du détendeur 5 partiellement à l'état gazeux. Le détendeur 5 est connecté fluidiquement au condenseur 4 et à l'évaporateur 2. Le détendeur 5 comprend une connexion fluidique avec le condenseur 4 permettant l'entrée du fluide caloporteur à l'état de liquide à haute pression dans le détendeur 5, préférentiellement directement. Le détendeur 5 comprend une connexion fluidique avec l'évaporateur 2 permettant la sortie du fluide caloporteur à l'état partiellement gazeux du détendeur 5, préférentiellement directement.
  • Le dispositif selon l'invention comprend en outre un transformateur de chaleur à absorption 20.
  • Le transformateur à chaleur à absorption 20 fonctionne avec un cycle différent d'une machine à absorption où la production de froid est recherchée. Ici, c'est une production de chaleur qui est recherchée. Le transformateur de chaleur à absorption est alimenté par une source de chaleur 11 au niveau du générateur 23, par exemple à une température de l'ordre de 70-80°C et alimente au niveau de l'absorbeur 22 une source chaude 37 à une température de l'ordre de 120°C.
  • Un transformateur de chaleur à absorption 20 est une pompe à chaleur à absorption thermique utilisant une solution de travail basée sur des couples réfrigérant/sorbant présentant de fortes affinités. Cette solution présente de faibles consommations électriques, l'énergie principale étant issue de la source thermique, permettant de limiter le coût de fonctionnement dans le cas de la valorisation d'une source d'énergie à bas coût ou de la chaleur fatale. De plus, les fluides frigorigènes utilisés dans les transformateurs de chaleur à absorption 20 ne présentent aucun ou de faible impact environnemental : ni sur le réchauffement climatique (GWP pour Global warning potential = 0), ni sur la couche d'ozone (ODP pour Ozone depletion potential = 0).
  • Ce type de transformateur de chaleur fonctionne grâce à la faculté de certains liquides d'absorber (réaction exothermique) et de désorber (réaction endothermique) une vapeur. Ils utilisent également le fait que la solubilité de cette vapeur dans le liquide dépende de la température et de la pression. Ainsi, ces transformateurs utilisent comme solution de travail un mélange binaire, dont l'un des composants est plus volatil que l'autre, et constitue le fluide frigorigène.
  • Le transformateur de chaleur à absorption 20 comprend un circuit fluidique à absorption 34 configuré pour assurer la connexion fluidique des différents composants du transformateur de chaleur à absorption 20. Le circuit fluidique à absorption 34 est un circuit fermé destiné à recevoir la solution de travail.
  • Un transformateur de chaleur à absorption (TCA) comprend quatre échangeurs principaux (générateur 23, absorbeur 22, condenseur 24 et évaporateur 21), et avantageusement de un à trois échangeurs secondaires. Le rôle des trois échangeurs secondaires est d'améliorer les performances de la machine telles que : un rectifieur (non représenté), un économiseur (28), un préchauffage (non représenté). Un rectifieur peut être ajouté entre le générateur 23 et le condenseur 24 et/ou un préchauffage entre le condenseur 24 et l'évaporateur 21.
  • Selon une possibilité, le TCA 20 comprend également au moins une pompe à solution 26 et au moins deux vannes de détente.
  • Ce type de transformateur 20 fonctionne selon trois niveaux de température : un niveau de température basse correspondant à la production de chaleur au condenseur 24, un niveau de température intermédiaire correspondant à la température d'évaporation du fluide frigorigène dans l'évaporateur 21, mais également à la température motrice du générateur 23 et un niveau de température élevé correspondant à la température d'absorption dans l'absorbeur 22. Un TCA 20 fonctionne pour une part à haute pression entre l'entrée condenseur 24 et la sortie de l'évaporateur 21 et pour une autre part à basse pression entre l'entrée de l'absorbeur 22 et la sortie du générateur 23.
  • Ce cycle thermodynamique est réalisable en raison de l'écart de pression de vapeur entre l'absorbant et le fluide frigorigène qui est variable en fonction de la température et de la pression. Cette variabilité permet d'avoir un écart de concentration entre la solution pauvre et la solution riche décrites ci-après. L'avantage de ce cycle à absorption est que la compression mécanique est remplacée par une compression thermochimique qui produit de la chaleur. Le seul apport d'énergie primaire nécessaire se situe au niveau des pompes 26-27, mais le travail est environ 96 fois inférieur au travail que le compresseur de vapeur doit fournir pour des conditions de fonctionnement similaires.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, le TCA 20 comprend une solution de travail comprenant le couple fluide frigorigène/absorbant préférentiellement choisi parmi le couple ammoniac /eau (NH3/H2O) ou eau/ Bromure de Lithium (H2O/LiBr).
  • Le couple NH3/H2O est utilisable pour des applications de chauffage. 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 nécessitant parfois la présence d'un rectifieur.
  • La solution de travail est dite riche, car la concentration en fluide frigorigène est plus importante que dans la solution de travail dite pauvre.
  • Le transformateur de chaleur à absorption 20 selon l'invention comprend : un générateur 23 décrit en détail ci-après.
  • Le générateur 23 est configuré pour vaporiser le fluide frigorigène. Le générateur 23 est connecté fluidiquement à l'absorbeur 22 et au condenseur 24. Le générateur 23 comprend une connexion fluidique avec l'absorbeur 22 permettant l'entrée de la solution de travail dite riche dans le générateur 23, préférentiellement directement. Selon un mode de réalisation représenté à la figure 3, le transformateur de chaleur à absorption 20 comprend entre le générateur 23 et l'absorbeur 22, un économiseur 28, un détendeur 29 et une pompe 27. L'économiseur 28 et le détendeur 29 assurent la circulation de la solution de travail de l'absorbeur 22 vers le générateur 23 et inversement l'économiseur 28 et la pompe 27 assurent la circulation de la solution de travail entre le générateur 23 et l'absorbeur 22 en générant la solution de travail dite pauvre et la solution de travail dite riche. Le générateur 23 comprend une connexion fluidique avec le condenseur 24 permettant la sortie de la vapeur de fluide frigorigène hors du générateur 23, préférentiellement directement sauf par exemple en présence d'un rectifieur décrit ci-après et/ ou d'un préchauffage. Le générateur 23 comprend également une entrée et une sortie de source de chaleur 11 permettant l'apport de chaleur nécessaire à la vaporisation du fluide frigorigène. Selon l'invention, la source de chaleur 11, ou source chaude, comprend au moins partiellement préférentiellement uniquement le fluide de couplage chauffé par la première pompe à chaleur 1. Ainsi, la source chaude 11 provient au moins partiellement de l'énergie fatale alimentant la première pompe à chaleur 1.
  • Le transformateur de chaleur à absorption 20 selon l'invention comprend un condenseur 24 décrit en détail ci-après.
  • Le condenseur 24 est configuré pour condenser la vapeur de fluide frigorigène. Le condenseur 24 est connecté fluidiquement au générateur 23 et à l'évaporateur 21. Le condenseur 24 comprend une connexion fluidique issue du générateur 23 permettant l'entrée de la vapeur de fluide frigorigène dans le condenseur 24, préférentiellement directement ou au travers d'un rectifieur et/ou d'un surchauffage. Le condenseur 24 comprend une connexion fluidique avec l'évaporateur 21 permettant la sortie du fluide frigorigène à l'état liquide, directement ou au travers d'une pompe 27 destinée à amener le fluide frigorigène à sa pression d'évaporation, elle abaisse la pression du fluide. Le condenseur 24 comprend également une source de chaleur secondaire 8 constituée au moins partiellement selon l'invention par le premier fluide caloporteur de la première pompe à chaleur 1. 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 au premier fluide caloporteur de la première pompe à chaleur 1 permettant ainsi de le préchauffer avant sa compression dans le premier compresseur 3.
  • Avantageusement, le transformateur de chaleur à absorption 20 comprend un rectifieur disposé entre le générateur 23 et le condenseur 24. Le rectifieur permet d'enlever par condensation les traces d'eau entrainées avec le fluide réfrigérant en sortie du générateur 23 et assure ainsi le bon fonctionnement du transformateur 20.
  • Avantageusement, le transformateur de chaleur à absorption 20 comprend une pompe 27 agencée entre le condenseur 24 et l'évaporateur 21. La pompe 27 est configurée pour détendre le fluide frigorigène à l'état liquide issu du condenseur 24. La pompe 27 amène le fluide frigorigène à sa pression d'évaporation.
  • Avantageusement, le transformateur de chaleur à absorption 20 peut comprend un surchauffage non représenté agencé entre le condenseur 24 et l'évaporateur 21. Le surchauffage est un échangeur thermique agencé entre la connexion fluidique du condenseur 24 vers l'évaporateur 21 et la connexion fluidique du générateur 23 vers le condenseur 24. Ainsi, le fluide frigorigène chauffé sortant du générateur 23 traverse le surchauffage pour transmettre une partie de sa chaleur au fluide frigorigène sortant du condenseur 24 permettant ainsi de préchauffer le fluide frigorigène avant son entrée dans l'évaporateur 21. Le surchauffage permet de récupérer de l'énergie et donc de réduire la taille du condenseur 24 et de l'évaporateur 21 et ainsi d'améliorer de manière notable les performances de la machine. La pertinence de ce composant est fonction des températures de fonctionnement, la taille de la machine et le coût des échangeurs.
  • Le transformateur de chaleur à absorption selon l'invention comprend un évaporateur 21 décrit en détail ci-après.
  • L' évaporateur 21 est configuré pour vaporiser le fluide frigorigène. L'évaporateur 21 est connecté fluidiquement au condenseur 24 et à l'absorbeur 22. L'évaporateur 21 comprend une connexion fluidique issue du condenseur 24. L'évaporateur 21 comprend une connexion fluidique avec l'absorbeur 24, permettant la sortie de la vapeur de fluide frigorigène, préférentiellement directement. L'évaporateur 21 comprend également une entrée et une sortie d'une source de chaleur 12. Le changement de phase du fluide frigorigène de l'état liquide à de l'état vapeur s'accompagne d'une transmission de chaleur de la source chaude 12 au fluide frigorigène. La source chaude 12 transmet des calories et voit ainsi sa température s'abaisser. Selon l'invention, la source chaude 12 est avantageusement le fluide de couplage du circuit de couplage chauffé par le premier condenseur 4 de la première pompe à chaleur 1.
  • Le transformateur de chaleur à absorption 20 selon l'invention comprend un absorbeur 22 décrit en détail ci-après.
  • Un absorbeur 22 est configuré pour condenser la vapeur de fluide frigorigène issue de l'évaporateur 21. L'absorbeur 22 est connecté fluidiquement à l'évaporateur 21 et au générateur 23. L'absorbeur 22 comprend une connexion fluidique issue de l'évaporateur 21 permettant l'entrée du fluide frigorigène à l'état de vapeur dans l'absorbeur 22, préférentiellement directement. L'absorbeur 22 comprend une connexion fluidique avec le générateur 23, plus précisément à un économiseur 28 au travers duquel la solution de travail dite riche est réchauffée avant d'être transmise au générateur 23. Puis la solution de travail dite riche sortie de l'absorbeur 22 en direction du générateur 23 ressort de l'économiseur 28 puis passe préférentiellement au travers d'un détendeur 29 avant d'atteindre le générateur 23. Avantageusement, l'économiseur 28 est un échangeur transmettant de la chaleur de la solution dite pauvre issue du générateur 23 vers la solution dite riche issue de l'absorbeur 22. L'économiseur 28 permet une récupération d'énergie permettant de réduire la taille de l'absorbeur 22 et du générateur 23 et ainsi améliorer de manière notable les performances du transformateur 20. Avantageusement, le générateur 23 comprend une connexion fluidique avec l'absorbeur 22, plus précisément avec une pompe à solution 27. La connexion fluidique permet l'entrée de la solution de travail dite pauvre issue du générateur 23 dans l'absorbeur 22, préférentiellement au travers de la pompe 27 puis de l'économiseur 28. Dans l'absorbeur 22, 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 chaleur secondaire 37. C'est cette production de chaleur au niveau de l'absorbeur 22 qui est particulièrement recherchée selon l'invention. La source de chaleur 37 chauffée par l'absorbeur 22 peut selon une possibilité être directement utilisée notamment dans l'industrie. La température de la source de chaleur 37 en sortie de l'absorbeur 22 est avantageusement au moins de 80°C préférentiellement 100°C voir 120°C.
  • Selon un mode de réalisation, la source de chaleur secondaire 37 est au moins partiellement le deuxième fluide caloporteur d'une deuxième pompe à chaleur 30.
  • Selon ce mode de réalisation, la deuxième pompe à chaleur 30 est destinée à compléter la production de chaleur réalisée par la première pompe à chaleur 1 et le transformateur de chaleur à absorption 20.
  • La deuxième pompe à chaleur 30 est destinée à produire de la chaleur avantageusement à partir d'une source de chaleur 37 à haute température. La source de chaleur 37 haute température est avantageusement la chaleur produite par le transformateur de chaleur 20. La source de chaleur 37 est avantageusement à une température supérieure ou égale à 80°C, préférentiellement une température 100°C.
  • La deuxième pompe à chaleur 30 comprend un deuxième circuit fluidique 34. Le deuxième circuit fluidique 34 est avantageusement un circuit fermé. La pompe à chaleur 30 comprend un évaporateur, un compresseur 31, un condenseur 32 et un détendeur 33 agencés sur ledit circuit 34 et avantageusement en série. Le deuxième circuit fluidique 34 est destiné à recevoir un deuxième fluide caloporteur dont l'état évolue lors de sa circulation dans les différents composants agencés sur ledit circuit.
  • La pompe à chaleur 30 comprend un condenseur 32 destiné à condenser le fluide caloporteur à l'état de gaz chaud provenant du compresseur 31, avantageusement par échange thermique avec un fluide. Le fluide caloporteur à l'état de gaz va céder sa chaleur à une source à chauffer 35. C'est cette source chauffer 35 qui est recherchée dans ce mode de réalisation pour pouvoir être utilisée notamment industriellement. Cette source de chaleur 35 à chauffer est à titre d'exemple à 190°C. Elle provient du retour du consommateur.
  • Dans le condenseur 32, le fluide caloporteur cède son énergie thermique à la source à chauffer 35 lors de sa condensation. Le fluide caloporteur sort du condenseur 32 à l'état liquide. Le condenseur 32 est connecté fluidiquement au compresseur 31 et au détendeur 33. Le condenseur 32 comprend une connexion fluidique avec le compresseur 31 permettant l'entrée du fluide caloporteur à l'état de gaz à haute température et haute pression dans le condenseur 32, préférentiellement directement. Le condenseur 32 comprend une connexion fluidique avec le détendeur 31 permettant la sortie du fluide caloporteur à l'état de liquide du condenseur 32, préférentiellement directement.
  • Le détendeur 31 est destiné à détendre le fluide caloporteur à l'état liquide. Le détendeur 31 abaisse la pression du fluide caloporteur provoquant une baisse de sa température. Le fluide caloporteur sort du détendeur 5 partiellement à l'état gazeux. Le détendeur 31 est connecté fluidiquement au condenseur 32 et à l'évaporateur. Le détendeur 31 comprend une connexion fluidique avec le condenseur 32 permettant l'entrée du fluide caloporteur à l'état de liquide à haute pression dans le détendeur 5, préférentiellement directement. Le détendeur 31 comprend une connexion fluidique avec l'évaporateur permettant la sortie du fluide caloporteur à l'état partiellement gazeux du détendeur 31, préférentiellement directement.
  • La pompe à chaleur 30 comprend un compresseur 31 destiné à comprimer le fluide caloporteur ce qui provoque une augmentation de la température du fluide caloporteur. Le compresseur 31 aspire le fluide caloporteur à basse pression et avantageusement à haute température préchauffé par le couplage avec le transformateur de chaleur à absorption 20. L'énergie mécanique apportée par le compresseur 31 va permettre d'élever la pression et la température du fluide caloporteur à l'état gazeux. Une augmentation d'enthalpie en résultera. Le fluide caloporteur sort du compresseur 31 à l'état gazeux. Le compresseur 31 est alimenté par un moteur. Le compresseur 31 est connecté fluidiquement à un condenseur 32 et à l'évaporateur. Le compresseur 31 comprend une connexion fluidique avec l' évaporateur permettant l'entrée du fluide caloporteur à l'état de gaz à haute température et basse pression dans le compresseur 3, plus spécifiquement avec l'absorbeur 22 du transformateur de chaleur à absorption. Le compresseur 31 comprend une connexion fluidique avec le condenseur 32 permettant la sortie du fluide caloporteur à l'état de gaz à haute température et haute pression du compresseur 31, préférentiellement directement.
  • La pompe à chaleur 30 comprend un évaporateur destiné à vaporiser le fluide caloporteur. Le fluide caloporteur à l'état liquide s'évapore en absorbant la chaleur d'une source de chaleur. Le fluide caloporteur sort de l'évaporateur à l'état gazeux. L'évaporateur est connecté fluidiquement au détendeur 33 et au compresseur 31. L'évaporateur comprend une connexion fluidique avec le détendeur 31 permettant l'entrée du fluide caloporteur à l'état liquide partiellement gazeux dans l'évaporateur, préférentiellement directement. L'évaporateur comprend une connexion fluidique avec le compresseur 13 permettant la sortie du fluide caloporteur à l'état de gazeux de l'évaporateur.
  • Selon l'invention, la deuxième pompe à chaleur 30 est couplée au transformateur de chaleur à absorption 20.
  • Le couplage est avantageusement un couplage thermique. On entend par couplage une liaison thermique de la deuxième pompe à chaleur 30 et du transformateur de chaleur à absorption 20.
  • Le couplage signifie qu'il y a des interactions entre les éléments couplés, c'est à dire une réaction réciproque de deux phénomènes l'un sur l'autre.
  • Avantageusement, le couplage de la deuxième pompe à chaleur 30 et du transformateur de chaleur à absorption 20 se fait entre l'absorbeur 22 et l'évaporateur de la pompe à chaleur.
  • Selon une première possibilité préférée et représentée, la deuxième pompe à chaleur 30 ne comprend pas d'évaporateur propre, c'est l'absorbeur 22 qui joue le rôle de l'évaporateur dans la deuxième pompe à chaleur 30. Le deuxième fluide caloporteur de la deuxième pompe à chaleur 30 constitue au moins partiellement, préférentiellement uniquement, la source à chauffer 37 de l'absorbeur 22 du transformateur de chaleur à absorption 20. De cette manière, le deuxième fluide caloporteur récupère l'énergie thermique évacuée lors de la condensation du fluide frigorigène dans l'absorbeur 22. Le deuxième fluide caloporteur est ainsi chauffé par le transformateur de chaleur à absorption 20. Préférentiellement, l'absorbeur 22 est ainsi agencé sur le deuxième circuit fluidique en amont du compresseur 31 et avantageusement en aval du détendeur 33.
  • Selon une deuxième possibilité non représentée, le dispositif selon l'invention comprend un circuit intermédiaire apte à recevoir un fluide intermédiaire. Le circuit fluidique intermédiaire est agencé à l'interface entre la deuxième pompe à chaleur 20 et le transformateur de chaleur à absorption 20. Selon cette possibilité, le circuit intermédiaire relie fluidiquement l'absorbeur 22 et l'évaporateur de la pompe à chaleur 20. Au niveau du transformateur de chaleur à absorption 20, l'échangeur thermique se fait avantageusement directement au niveau de l'absorbeur 22. L'absorbeur 22 est agencé sur le circuit intermédiaire de sorte que le fluide intermédiaire forme la source à chauffer 37 de l'absorbeur 22 au profit de laquelle le fluide réfrigérant cède son énergie thermique lors de sa condensation. Au niveau de la deuxième pompe à chaleur 20, l'évaporateur est agencé sur le circuit intermédiaire de sorte que le fluide intermédiaire forme la source chaude de l'évaporateur fournissant l'énergie thermique pour vaporiser le fluide caloporteur de la pompe à chaleur 30.
  • À titre d'exemple, le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur sont choisis parmi la famille des hydrofluoro-oléfines (HFO), dit de quatrième génération, tel que par exemple R-1234yf.
  • Les fluides de la famille des hydrofluoro-oléfines sont de gaz fluorés à très faible potentiel de réchauffement global (PRG ou GWP en anglais pour Global Warming Potential).
    • Exemple
  • Un exemple de calcul de puissance avec le couplage proposé par la présente invention telle qu'illustrée à la figure 2 est présenté ci-dessous :
    • Hypothèses sur les performances :
      • Première pompe à chaleur 1 : ECOP (coefficient de performance) = 4
      • Transformateur de chaleur à absorption 20 : COPth = 0,6 et puissances électriques des pompes négligeables
      • Deuxième pompe à chaleur 30 : ECOP2 (coefficient de performance) = 3
      • Les pertes thermiques vers l'ambiance sont négligées
    • Côté première pompe à chaleur 1 :
      • Le compresseur 3 est alimenté par 10 kWe
      • La première pompe à chaleur 1 produit 40 kW de chaleur à 80°C, en valorisant 14 kW de la source froide 7 de l'ambiance et en récupérant 16 kW au condenseur 24 du transformateur 20.
    • Côté TCA 20 :
      • Il est alimenté par 40 kW de chaleur à l'évaporateur 21 et au générateur 23, il produit 24 kW de chaleur à 120°C à l'absorbeur 22.
      • Il rejette une puissance de16 kW au condenseur 24 au premier fluide caloporteur à une température vers 20°C qui est valorisée par la première pompe à chaleur 1.
    • Côté deuxième pompe à chaleur 30 :
      • Le compresseur 31 est alimenté par 12 KWe pour transformer 24 kW de chaleur de 120°C en 36 kW de chaleur à 200°C
    • Bilan :
      • Consommation électrique totale = 10 12 = 22 kWe
      • Chaleur produite = 36 kW
      • Taux de conversion de l'énergie utile = 36/22 = 1,6.
  • Le dispositif selon l'invention apporte ainsi un gain de 60% par rapport à un chauffage direct.
  • Température à différents points du dispositif :
    • A : 20°C
    • B : 25°C
    • C : 85°C
    • F : 80°C
    • G : 80°C
    • H : 70°C
    • I : 80°C
    • J : 70°C
    • K : 100°C
    • L : 120°C
    • M : 205°C
    • O : 20°C
    • P : 15°C
    • Q: 190°C
    • R : 200°C
  • L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s'étend à tous les modes de réalisation couverts par l'invention.
    • LISTES DES REFERENCES
    • 1. Première pompe à chaleur à compression
    • 2. Premier évaporateur
    • 3. Premier compresseur
    • 4. Premier condenseur
    • 5. Premier détendeur
    • 6. Premier circuit fluidique
    • 7. Source de chaleur fatale basse température
    • 8. Source froide
    • 9. Source froide
    • 10. Circuit de couplage
    • 11. Source chaude
    • 12. Source chaude
    • 20. Transformateur de chaleur à absorption
    • 21. Deuxième évaporateur
    • 22. Absorbeur
    • 23. Générateur
    • 24. Deuxième Condenseur
    • 25. Deuxième circuit fluidique
    • 26. Pompe
    • 27. Pompe à solution
    • 28. Économiseur
    • 29. Détendeur
    • 30. Deuxième pompe à chaleur à compression
    • 31. Deuxième compresseur
    • 32. Troisième condenseur
    • 33. Troisième détendeur
    • 34. Troisième circuit fluidique
    • 35. Source chaude
    • 37. Source chaude à chauffer
    1. A : connexion fluidique entre la sortie de l'évaporateur 2 et l'entrée du condenseur 24
    2. B : connexion fluidique entre la sortie du condenseur 24 et l'entrée du compresseur 3
    3. C : connexion fluidique entre la sortie du compresseur 3 et l'entrée du condenseur 4
    4. D : connexion fluidique entre la sortie du condenseur 4 et l'entrée du détendeur 5
    5. E : connexion fluidique entre le détendeur 5 et l'évaporateur 2
    6. F : connexion fluidique entre le condenseur 4 et la connexion fluidique G alimentant le générateur 23
    7. G : connexion fluidique entre la connexion fluidique F et l'entrée du générateur 23
    8. H : connexion fluidique entre la sortie du générateur 23 et le condenseur 4
    9. I : connexion fluidique entre la connexion fluidique F et l'entrée de l'évaporateur 21
    10. J : connexion fluidique entre la sortie de l'évaporateur 21 et la connexion fluidique H
    11. K : connexion fluidique entre la sortie du détendeur 33 et l'entrée de l'absorbeur 22
    12. L : connexion fluidique entre la sortie de l'absorbeur 22 et l'entrée du compresseur 31
    13. M : connexion fluidique entre la sortie du compresseur 31 et l'entrée du condenseur 32
    14. N : connexion fluidique entre la sortie du condenseur 32 et l'entrée du détendeur 33
    15. O : entrée d'une source froide 7 dans l'évaporateur 2
    16. P : sortie d'une source froide 7 réchauffée de l'évaporateur 2
    17. Q : entrée d'une source à chauffer 35 dans le condenseur 32
    18. R : sortie d'une source à chauffer 35 chauffée hors du condenseur 32

Claims (15)

  1. Dispositif de production de chaleur comprenant une première pompe à chaleur à compression (1) comprenant un premier circuit fluidique (6) apte à recevoir un fluide caloporteur et sur lequel sont agencés successivement un premier compresseur (3), un premier condenseur (4), un premier détendeur (5) et un premier évaporateur (2), caractérisé en ce que le dispositif comprend un transformateur de chaleur à absorption (20) comprenant un deuxième circuit fluidique (25) apte à recevoir une solution de travail et sur lequel sont agencés successivement un deuxième évaporateur (21), un absorbeur (22), un générateur (23) et un deuxième condenseur (24), le deuxième condenseur (24) est couplé au premier circuit fluidique (6) en étant agencé sur le premier circuit fluidique (6) en amont du premier compresseur (3) et en aval du premier évaporateur (2) et que le dispositif comprend un circuit de couplage (10) apte à recevoir un fluide de couplage et sur lequel est agencé successivement le premier condenseur (4), le générateur (23) et le deuxième évaporateur (21), le générateur (23) et le deuxième évaporateur (21) étant agencés en parallèle sur le circuit de couplage (10).
  2. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel le circuit de couplage (10) est distinct du premier circuit fluidique (6) et du deuxième circuit fluidique (25).
  3. Dispositif selon l'une quelconque revendications précédentes dans lequel sur le circuit de couplage une sortie du premier condenseur (4) est connectée fluidiquement, préférentiellement directement, à une entrée du générateur (23) et du deuxième évaporateur (21), une sortie du générateur (23) est connectée fluidiquement, préférentiellement directement, à une entrée du condenseur (4) et à une entrée du deuxième évaporateur (21), une sortie du deuxième évaporateur (21) est connectée fluidiquement, préférentiellement directement, à une entrée du premier condenseur (4).
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier fluide caloporteur de la première pompe à chaleur (1) constitue une source froide (8) du deuxième condenseur (24) du transformateur de chaleur à absorption (20).
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le fluide de couplage du circuit de couplage constitue une source de refroidissement (9) du premier condenseur (4) de la pompe à chaleur (1).
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le fluide de couplage du circuit de couplage constitue une source de chaleur (11) du générateur (23) du transformateur de chaleur à absorption (20).
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le fluide de couplage du circuit de couplage constitue une source chaude (12) du deuxième évaporateur (21) du transformateur de chaleur à absorption (20).
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier évaporateur (2) est configuré pour être alimenté par une source froide basse température (7), préférentiellement inférieure à 20°C, plus préférentiellement inférieure à 15°C.
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une deuxième pompe à chaleur à compression (30) comprenant un deuxième circuit fluidique (34) apte à recevoir un deuxième fluide caloporteur et sur lequel est agencé successivement un deuxième compresseur (31), un deuxième détendeur (33) et un troisième condenseur (32), l'absorbeur (22) étant couplé au deuxième circuit fluidique en amont du deuxième compresseur (31) et préférentiellement en aval du deuxième détendeur (33).
  10. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel l'absorbeur (24) est agencé sur le deuxième circuit fluidique en aval du détendeur (31) et en amont du compresseur (31).
  11. Dispositif selon la revendication 9 comprenant un deuxième circuit intermédiaire apte à recevoir un deuxième fluide intermédiaire et agencé entre l'absorbeur (22) et un évaporateur agencé sur le deuxième circuit fluidique en aval du détendeur (33) et en amont du compresseur (31).
  12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la solution de travail du transformateur de chaleur à absorption (20) est choisie parmi le couple NH3/H2O ou H2O/LiBr.
  13. Procédé de production de chaleur par un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant le couplage du premier circuit fluidique de la première pompe à chaleur (1) au transformateur de chaleur à absorption (20) par l'agencement du deuxième condenseur (24) sur le premier circuit fluidique (6) et par le couplage par le circuit de couplage (10) sur lequel est agencé le premier condenseur (4), le générateur (23) et le deuxième évaporateur (21), le générateur (23) et le deuxième évaporateur (21) étant agencés en parallèle sur le circuit de couplage (10).
  14. Procédé selon la revendication précédente dans lequel le premier fluide caloporteur de la première pompe à chaleur (1) constitue une source froide (8) du deuxième condenseur (24) du transformateur de chaleur à absorption (20) en récupérant l'énergie thermique évacuée lors de la condensation du premier fluide caloporteur dans le deuxième condenseur (24).
  15. Procédé selon l'une quelconque des deux revendications précédentes dans lequel le fluide de couplage du circuit de couplage (10) constitue une source de chaleur (11) du générateur (23) du transformateur de chaleur à absorption (20) en récupérant l'énergie thermique évacuée lors de la condensation du premier fluide caloporteur dans le premier condenseur (4).
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1804511A (zh) * 2006-01-23 2006-07-19 李华玉 压缩－吸收复合式热泵供热系统
WO2014111012A1 (fr) * 2013-01-21 2014-07-24 深圳市庄合智能产业科技有限公司 Système d'équilibrage interne de froid et de chaleur combinant une unité au bromure de lithium et un stockage de froid
US20150013373A1 (en) * 2013-07-11 2015-01-15 Hsiulin Peng Hybrid system combining chiller and absorption heat pump
EP3627074A1 (fr) 2018-09-18 2020-03-25 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Système de climatisation comprenant une machine à absorption et une machine à compression mécanique

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1804511A (zh) * 2006-01-23 2006-07-19 李华玉 压缩－吸收复合式热泵供热系统
WO2014111012A1 (fr) * 2013-01-21 2014-07-24 深圳市庄合智能产业科技有限公司 Système d'équilibrage interne de froid et de chaleur combinant une unité au bromure de lithium et un stockage de froid
US20150013373A1 (en) * 2013-07-11 2015-01-15 Hsiulin Peng Hybrid system combining chiller and absorption heat pump
EP3627074A1 (fr) 2018-09-18 2020-03-25 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Système de climatisation comprenant une machine à absorption et une machine à compression mécanique

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. ARPAGAUS ET AL.: "High température heat pumps: Market overview, state of the art, research status, réfrigérants, and application potentials", ENERGY, vol. 152, 2018, pages 985 - 1010, XP085393430, DOI: 10.1016/j.energy.2018.03.166

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