EP4509771A1 - Transformateur de chaleur à absorption couplé à une machine frigorifique à absorption - Google Patents

Transformateur de chaleur à absorption couplé à une machine frigorifique à absorption Download PDF

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EP4509771A1
EP4509771A1 EP24194381.0A EP24194381A EP4509771A1 EP 4509771 A1 EP4509771 A1 EP 4509771A1 EP 24194381 A EP24194381 A EP 24194381A EP 4509771 A1 EP4509771 A1 EP 4509771A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
condenser
absorber
generator
refrigerant
evaporator
Prior art date
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Pending
Application number
EP24194381.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Romain COLLIGNON
Hai Trieu Phan
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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Filing date
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
Publication of EP4509771A1 publication Critical patent/EP4509771A1/fr
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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
    • F25B15/006—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type with cascade operation
    • 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
    • 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
    • F25B15/06—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas the refrigerant being water vapour evaporated from a salt solution, e.g. lithium bromide
    • 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
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/29—High ambient temperatures

Definitions

  • the present invention relates to an absorption heat transformer optimized by coupling to an absorption refrigeration machine.
  • the invention will find its application for the production of high temperature heat conventionally greater than 100°C for industry which is efficient even when the atmosphere is hot.
  • Absorption heat pumps also known as absorption heat transformers (AHTs)
  • AHTs absorption heat transformers
  • This type of absorption heat transformer is known in particular from the document JP H06 26725 .
  • This cooling is traditionally achieved by air heaters with heat rejections towards the environment.
  • this type of device tends to lose its efficiency very quickly, or even stop working.
  • a heat production system comprising an absorption heat transformer intended for the production of heat, preferably high temperature, comprising a first fluid circuit receiving a first working solution formed of a first refrigerant/first absorbent pair and successively comprising in fluid connection: a first evaporator, preferably operating at high pressure, a first absorber, preferably operating at high pressure and intended for the production of high temperature heat, a first generator preferably operating at low pressure and a first condenser, preferably operating at low pressure, the fluid circuit comprises a first pump arranged between the first condenser and the first evaporator, a first solution pump arranged between the first generator and the first absorber, and a first expansion valve arranged in parallel with the first solution pump between the first absorber and the second generator, the system comprises an absorption refrigeration machine comprising a second fluid circuit receiving a second working solution formed of a first refrigerant/first absorber pair and successively comprising in fluid connection: a second evaporator,
  • This heat production system comprising an absorption heat transformer coupled with an absorption refrigeration machine makes it possible to guarantee the recovery of heat under wider real operating conditions than state-of-the-art systems.
  • the heat production system according to the invention makes it possible to generate high-temperature heat, advantageously at least 100°C, from a medium-temperature heat source, preferably waste heat having a temperature of the order of at least 80°C, while consuming little electrical energy, even when the outside temperature exceeds 25°C.
  • the evaporator of the absorption refrigeration machine coupled with the condenser of the absorption heat transformer ensures satisfactory cooling at the condenser of the heat transformer, even when the ambient air temperature increases and in particular exceeds 25°C which is an upper limit for the optimal operation of absorption heat transformers preferably at NH 3 /H 2 O.
  • the invention relates to a method of producing high temperature heat by an absorption heat system as described above and further in the description, the second evaporator forming, more precisely constituting, the cooling source of the first condenser.
  • the upstream and downstream at a given point are taken in reference to the direction of circulation of the fluid in the circuit.
  • hot, cold, cooled we mean a temperature relative to another point in the system.
  • a parameter "substantially equal to/greater than/less than” or “of the order of” a given value means that this parameter is equal to/greater than/less than the given value, to within plus or minus 10%, or even to within plus or minus 5%, of this value.
  • the heat production system comprises an absorption heat transformer (TCA) 1 and an absorption refrigerating machine (MFA) 101.
  • TCA absorption heat transformer
  • MFA absorption refrigerating machine
  • the TCA 1 operates with a different cycle from the absorption refrigeration machine 101 where the production of cold is sought. In the TCA, it is a production of heat that is sought.
  • the absorption heat transformer 1 is supplied by a heat source 11 at the first generator 4, for example at a temperature of the order of 70-80°C and produces at the first absorber 3 a heated source 14 at a temperature greater than or equal to 100°C.
  • the absorption refrigeration machine 101 is supplied by a hot source 111 at the second generator 104, for example at a temperature of the order of 70-80°C, and produces at the second evaporator 102 cold, preferably at a temperature less than or equal to 25°C, according to the invention this cold allows to supply the transformer condenser.
  • the heat source 11 is fatal heat from industrial processes for example or heat produced by renewable energy.
  • the heat source 111 is advantageously also fatal heat from industrial processes.
  • the heat source 11 and the heat source 111 may be identical and/or as well as the heat source 10.
  • An absorption heat transformer 1 is a thermal absorption heat pump using a working solution based on refrigerant/sorbent couples with strong affinities.
  • the 101 absorption refrigeration machine also uses a working solution based on refrigerant/sorbent couples with strong affinities.
  • Transformer 1 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 recovery of a low-cost energy source or of fatal heat.
  • absorption refrigeration machine 101 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 recovery of a low-cost energy source or of fatal heat.
  • the heat transformer 1 and the refrigerating machine 101 operate 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 the temperature and pressure. Thus, the transformer 1 and the machine 101 use as a working solution a binary mixture, one of the components of which is more volatile than the other, and constitutes the refrigerant fluid.
  • the heat transformer 1 and the refrigerating machine 101 each comprise a working solution which may be identical or different.
  • the absorption heat transformer 1 comprises a first absorption fluid circuit configured to provide fluid connection of the various components of the absorption heat transformer 1.
  • the first absorption fluid circuit is a closed circuit intended to receive a working solution from the transformer.
  • the absorption refrigeration machine 101 comprises a second absorption fluid circuit configured to provide fluid connection of the various components of the absorption refrigeration machine 101.
  • the second absorption fluid circuit is a closed circuit intended to receive a working solution from the machine.
  • the first fluid circuit of the transformer 1 and the second fluid circuit of the machine are both closed and fluidically independent circuits.
  • the fluids circulating in each of the fluid circuits do not mix.
  • the first fluid circuit and the second fluid circuit are in thermal connection so as to ensure the transfer of thermal energy between the first fluid circuit and the second fluid circuit.
  • the TCA 1 comprises a first working solution of the transformer comprising the refrigerant/absorbent fluid pair chosen from preferably the ammonia/water pair (NH3/ H2O ) or possibly the water/Lithium Bromide pair ( H2O /LiBr).
  • the refrigerant/absorbent fluid pair chosen from preferably the ammonia/water pair (NH3/ H2O ) or possibly the water/Lithium Bromide pair ( H2O /LiBr).
  • the absorption refrigeration machine 101 comprises a second working solution of the transformer comprising the refrigerant/absorbent pair chosen from preferably the ammonia/water pair (NH3/ H2O ) or possibly the water/Lithium Bromide pair ( H2O /LiBr).
  • the refrigerant/absorbent pair chosen from preferably the ammonia/water pair (NH3/ H2O ) or possibly the water/Lithium Bromide pair ( H2O /LiBr).
  • the NH 3 /H 2 O pair can be used for heating applications.
  • this pair makes it possible to work at pressure higher than ambient pressure.
  • thermodynamic cycle is feasible because of the vapor pressure difference between the absorbent and the refrigerant which is variable depending on the temperature and pressure. This variability allows for a concentration difference between the poor solution and the rich solution described below.
  • An absorption heat transformer 1 comprises four main exchangers, a first evaporator 2, a first absorber 3, a first generator 4 and a first condenser 5, and advantageously one to three secondary exchangers.
  • the role of the three secondary exchangers is to improve the performance of transformer 1: a rectifier (not shown) arranged between the first generator 4 and the first condenser 5, a first economizer 15 arranged between the first condenser 5 and the first evaporator 2 to play the role of preheating and a second economizer 16 arranged between the first absorber 3 and the first generator 4 on the first solution circuit described below.
  • the TCA 1 also comprises at least a first solution pump 8 and a first pressure reducer 9 also called a pressure reducing valve.
  • the TCA 1 comprises a first pump 7 arranged between the first condenser 5 and the first evaporator 2.
  • the refrigerant fluid (or coolant) of the first working solution produced in the first generator 4 circulates between the outlet 41 of the first generator 4 and the inlet 30 of the first absorber 3, passing successively, preferentially through the first economizer 15 then through the first condenser 5, then the first evaporator 2, and the first absorber 3, more precisely in the fluid connections A, I, K, L, M, N.
  • the refrigerant-absorbent solution rich in absorbent (high concentration of absorbent), but poor in refrigerant, commonly called lean solution, circulates from the first generator 4 to the first absorber 3 in the first solution circuit, more precisely in the fluid connections F, G, H.
  • the solution poor in absorbent (low concentration of absorbent), but rich in refrigerant, commonly called rich solution, circulates from the first absorber 3 to the first generator 4 in the first solution circuit, more precisely in the fluid connections C, D E.
  • the working solution is said to be rich because the refrigerant concentration is greater than in the so-called lean working solution.
  • This type of TCA 1 operates according to three temperature levels: a low temperature level corresponding to the temperature of the cooling source circulating in the first condenser 5, preferably the temperature is said to be low when it is less than or equal to 45°C an intermediate temperature level corresponding to the temperature of the hot source 10 of the first evaporator 2 and of the hot source 11 of the first generator 4 advantageously corresponding respectively to the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator 2, but also to the driving temperature of the generator 4, preferably the temperature is said to be intermediate when it is greater than or equal to 80°C and less than 100°C and a high temperature level corresponding to the temperature of the source to be heated circulating in the first absorber advantageously corresponding to the absorption temperature in the first absorber 3 preferentially the temperature is said to be high when it is greater than or also 100°C.
  • the first fluid circuit provides the fluid connection of the components of the TCA 1. More precisely, the first fluid circuit comprises the different components and fluid connections arranged between the different components.
  • the first fluid circuit ensures the fluid connection of the first generator 4 to the first condenser 5, then from the first condenser 5 to the first evaporator 2, then from the first evaporator 2 to the first absorber 3 and then from the first absorber 3 to the first generator 4 and then from the first generator 4 to the first absorber 3.
  • the absorption heat transformer 1 according to the invention comprises a first generator 4 described in detail below.
  • the first generator 4 is configured to vaporize the first refrigerant. The generation of refrigerant vapor is carried out at a pressure corresponding to a low pressure. The first generator 4 is thus configured to operate at a pressure corresponding to a low pressure.
  • the first working solution called rich coming from the first absorber 3 is heated by a heat source 11 of the first generator 4 advantageously corresponding to a source to be recovered at medium temperature which passes through the generator 4. Thanks to this heat, part of the refrigerant, for example ammonia, contained in the rich solution as well as traces of water are desorbed.
  • the depleted working solution resulting from this process returns to the first absorber 3, preferably via the first solution circuit.
  • the desorption process takes place at low pressure, and requires a quantity of heat.
  • the refrigerant vapor produced by the first generator 4, also sometimes called desorber is conveyed to the first condenser 5, sometimes passing through a rectifier, and a first economizer 15 and according to a second embodiment by an additional condenser 5'.
  • the first generator 4 is fluidically connected to the first absorber 3 and to the first condenser 5, preferably via a first economizer 15 and according to a second embodiment by a complementary condenser 5'.
  • the first generator 4 advantageously comprises an inlet 40 of the first working solution, preferably a first so-called rich working solution, in fluidic connection, preferably indirect with the first absorber 3, more precisely with an outlet 31 of the first absorber 3, so as to supply the first generator 4 with first so-called rich working solution.
  • the refrigerant of the first rich working solution is then vaporized in the first generator 4.
  • the first so-called lean working solution leaves towards the first absorber 3 via an outlet 42.
  • the first generator 4 advantageously comprises an outlet 42 of the first working solution, preferably a first so-called lean working solution, in fluidic connection, preferably indirect, with the first absorber 3, more precisely with the inlet 32 d of the first absorber 3, so as to supply the first absorber 3 with so-called lean working solution.
  • the first generator 4 comprises an outlet 41 of the first vaporized refrigerant.
  • the outlet 41 is fluidically connected with the inlet 50 of the first condenser 5, passing first through the first economizer 15 and according to the second embodiment the complementary condenser 5'.
  • the absorption heat transformer 1 comprises between the first generator 4 and the first absorber 3, a second economizer 16, a first expander 9 and a first solution pump 8. These components are arranged on a first fluid circuit, called a solution circuit.
  • the solution circuit is a portion of the fluid circuit of the transformer in which the working solution circulates.
  • the solution circuit is what replaces the compressor of a compressor heat pump by playing the role of a thermochemical compressor.
  • the second economizer 16 and the first expander 9 ensure the circulation of the first working solution from the first absorber 3 to the first generator 4 and conversely the second economizer 16 and the first solution pump 8 ensure the circulation of the first working solution between the first generator 4 and the first absorber 3.
  • the first working solution called rich and the first working solution called lean circulate respectively from the first absorber 3 to the first generator 4 via the second economizer 16 and the first expander 9, and from the first generator 4 to the first absorber 3 via the first solution pump 9 and the second economizer 16.
  • the first generator 4 comprises a fluid connection with the first condenser 5 on which the first economizer 15 is arranged and according to a second embodiment a complementary condenser 5'.
  • the first generator 4 is thus fluidically connected directly to the first economizer 15 and indirectly to the first condenser 5, allowing the vapor of the first refrigerant to exit the first generator 4.
  • the first generator 4 also comprises a heat source inlet and outlet 11 allowing the supply of heat necessary for the vaporization of the first refrigerant.
  • the heat source 11, or hot source comprises at least partially preferably only fatal energy at a temperature of the order of 70 °C minimum, preferably greater than or equal to 80 °C.
  • the absorption heat transformer 1 according to the invention comprises a first condenser 5 described in detail below.
  • the first condenser 5 is configured to condense the vapor of the first refrigerant from the first generator 4.
  • the refrigerant vapor is cooled by a cooling source to be condensed and become liquid again.
  • the condensation of the refrigerant vapor is carried out at a pressure corresponding to a low pressure.
  • the first condenser 5 is fluidically connected to the first generator 4 and to the first evaporator 2.
  • the first condenser 5 comprises a fluidic connection I, K, coming from the first generator 4 allowing the entry of a flow of refrigerant vapor into the first condenser 5, preferably directly or through a rectifier and/or a first economizer 15.
  • the flow of refrigerant vapor arriving in the first condenser 5 is advantageously at a pressure called low pressure.
  • the first condenser 5 comprises an inlet 50 for the refrigerant vapor flow and an outlet 51 for the refrigerant flow having been condensed.
  • the first condenser 5 comprises a fluid connection, L, M, N with the first evaporator 2 allowing the refrigerant to exit in the liquid state, advantageously through a first pump 7 intended to bring the refrigerant to its evaporation pressure, preferably a pressure corresponding to a high pressure.
  • the first condenser 5 also comprises a cooling source constituted at least partially according to the invention by the cold produced by the absorption refrigerating machine 101. The cooling source is intended to ensure the cooling of the refrigerant vapor and thus allow its condensation within the first condenser 5.
  • the absorption heat transformer 1 comprises a rectifier arranged between the first generator 4 and the first condenser 5.
  • the rectifier makes it possible to remove by condensation the traces of water carried along with the refrigerant fluid at the outlet of the first generator 4 and thus ensures the proper operation of the transformer 1.
  • the rectifier is in this case arranged on the fluid connection I ensuring the fluid connection between the first generator 4 and the first economizer 15.
  • the absorption heat transformer 1 comprises a first economizer 15 playing the role of preheating or superheating.
  • the first economizer 15 is arranged between the first condenser 5 and the first evaporator 2.
  • the first economizer 15 is a heat exchanger arranged on the fluid connection of the first condenser 5 to the first evaporator 2 and on the fluid connection of the first generator 4 to the first condenser 5.
  • the heated refrigerant fluid leaving the first generator 4 passes through the first economizer 15 to transmit part of its heat to the refrigerant leaving the first condenser 5, thereby preheating the refrigerant before it enters the first evaporator 2.
  • the first economizer 15 makes it possible to recover energy and therefore reduce the size of the first condenser 5 and the first evaporator 2 and thus significantly improve the performance of the transformer.
  • the relevance of this component depends on the operating temperatures, the size of the transformer and the cost of the exchangers.
  • the heat transformer 1 includes an additional condenser 5' described in detail below.
  • the complementary condenser 5' plays the same role as the first condenser 5.
  • the complementary condenser 5' and the first condenser 5 are active alternately.
  • the additional condenser 5' is arranged on the first fluid circuit of the heat transformer 1.
  • the additional condenser 5' is arranged downstream of the generator 4 and more precisely downstream of the first economizer 15 and upstream of the first condenser 5.
  • the additional condenser 5' is advantageously arranged on the fluid connection K connecting the first economizer 15 to the first condenser 5.
  • the system is capable of taking a first configuration, called winter or normal, and a second configuration called summer.
  • the system comprises a control unit configured to switch the system to the first configuration or to the second configuration.
  • the system comprises a three-way valve 115.
  • the three-way valve 115 is intended to control the distribution of a common cold source 112 between the heat transformer 1, more precisely the complementary condenser 5', and the refrigeration machine 101, more precisely the second absorber 103 and the second condenser 105.
  • the three-way valve 115 comprises a first outlet intended to be fluidically connected to the complementary condenser 5', a second outlet intended to be connected to the second condenser 105 and to the second absorber 103 and an inlet for a common cold source 112.
  • the control unit controls the configuration of the system as a function of the temperature of a cold source, more precisely of the common cold source 112.
  • the control unit controls the system so that it is in the second configuration, that is to say that the refrigerating machine operates so that the second evaporator 104 plays the role of cold source of the first condenser 5, the common cold source 112 not being at a temperature satisfactory for operating the heat transformer 1.
  • the control unit controls the system to be in the first configuration, i.e. the refrigerating machine is not operating and the heat transformer is operating.
  • the heat transformer 1 operates with the complementary condenser 5' and without the first condenser 5.
  • the common cold source 112 is at a temperature satisfactory for the heat transformer.
  • the three-way valve is configured to open the first outlet fluidly connected to the additional condenser 5' and to close the second outlet fluidly connected to the second condenser 105 and to the second absorber 103.
  • the common cold source only supplies the additional condenser 5'.
  • the heat exchange with the common cold source 112 only takes place in the additional condenser 5'.
  • the additional condenser 5' is configured to condense the vapor of the first refrigerant fluid from the first generator 4.
  • the refrigerant fluid vapor is cooled by the common cold source 112 to be condensed and become liquid again. According to the invention, the condensation of the refrigerant fluid vapor is carried out at a pressure corresponding to a low pressure.
  • the complementary condenser 5' is fluidically connected to the first generator 4 and to the first evaporator 2.
  • the complementary condenser 5' comprises a fluidic connection I, K, coming from the first generator 4 allowing the entry of a flow of refrigerant vapor into the complementary condenser 5', preferably directly or through a rectifier and/or a first economizer 15.
  • the flow of refrigerant vapor arriving in the complementary condenser 5' is advantageously at a pressure called low pressure.
  • the additional condenser 5' comprises an inlet for the refrigerant vapor flow and an outlet 51 for the refrigerant flow having been condensed.
  • the complementary condenser 5' comprises a fluid connection, with the first condenser 5 through which the flow of condensed refrigerant circulates.
  • the refrigerating machine not being in operation, no heat exchange is carried out.
  • the flow of refrigerant leaves the first condenser 5 via the fluid connections L, M, N towards the first evaporator 2 allowing the refrigerant to exit in the liquid state, advantageously through a first pump 7 intended to bring the refrigerant to its evaporation pressure, preferably a pressure corresponding to high pressure.
  • the heat transformer 1 and the refrigeration machine operate.
  • the three-way valve is configured to close the first outlet fluidly connected to the additional condenser 5' and to open the second outlet fluidly connected to the second condenser 105 and to the second absorber 103.
  • the common cold source 112 only supplies the second condenser 105 and the second absorber 103.
  • the cooling source 113 of the second condenser 105 and the hot source 114 of the second absorber 103 are identical and are supplied by the cold source 112 through the three-way valves 115.
  • no heat exchange occurs in the additional condenser 5' which is not supplied with a cold source.
  • the flow of refrigerant from the generator 4 passes through the additional condenser 5' without being modified.
  • the absorption heat transformer 1 comprises a first pump 7 arranged between the first condenser 5 and the first evaporator 2.
  • the first pump 7 is configured to compress the refrigerant in the liquid state coming from the first condenser 5.
  • the first pump 7 advantageously comprises an inlet 70 for the flow of refrigerant in the liquid state, preferably at low pressure, and an outlet 71 for the flow of refrigerant in the liquid state, preferably at high pressure.
  • the absorption heat transformer according to the invention comprises a first evaporator 2 described in detail below.
  • the first evaporator 2 is configured to vaporize the refrigerant.
  • the pressure is high and a medium temperature heat input is required to allow the evaporation of the refrigerant.
  • the first evaporator 2 is configured to operate at a pressure selected from a high pressure range. More specifically, the flow of refrigerant circulating within the first evaporator 2 has a pressure included in the high pressure range.
  • the first evaporator 2 is fluidically connected to the first condenser 5 and to the first absorber 3.
  • the first evaporator 2 comprises a fluidic connection M, N coming from the first condenser 5, more precisely according to the illustrated embodiment coming from the first economizer 15.
  • the first evaporator 2 comprises an inlet 20 and an outlet 21.
  • the inlet 20 is fluidly connected to the outlet 51 of the first condenser 5, more precisely to the outlet 71 of the first pump 7 and according to the embodiment illustrated to the outlet of the first economizer 15.
  • the outlet 21 is fluidly connected to an inlet 30 of the first absorber 3. The refrigerant in the vapor state exits the first evaporator 2 and preferentially enters directly into the first absorber 3.
  • the first evaporator 2 comprises a fluid connection A with the first absorber 3, allowing the refrigerant vapor to exit, preferably directly.
  • the first evaporator 2 also comprises an inlet and an outlet of a heat source 10.
  • 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 10 to the refrigerant.
  • the hot source 10 transmits calories and thus sees its temperature lower. According to one embodiment of the invention, the hot source 10 is advantageously the same as the hot source 11 supplying the first generator 4.
  • the absorption heat transformer 1 according to the invention comprises a first absorber 3 described in detail below.
  • the first absorber 3 is configured to condense the refrigerant vapor from the first evaporator 2.
  • the first absorber 3 is configured to operate in a pressure range corresponding to the high pressure range. More specifically, the flows of refrigerant fluid and the first working solution circulating within the first absorber 3 have a pressure included in the high pressure range.
  • the first absorber comprises an inlet 30, an inlet 32 and an outlet 31.
  • the inlet 30 is fluidically connected to the outlet 21 of the first evaporator 2.
  • the refrigerant vapor from the first evaporator 2 enters the first absorber 3 via the inlet 30.
  • the inlet 32 fluidly connected to the outlet 42 of the first generator 4.
  • the absorbent, or working solution composed of water and a small fraction of refrigerant, also called lean solution, from the first generator 4 enters the first absorber 3 through the inlet 32 and is distributed along the first absorber 3.
  • the lean solution absorbs the refrigerant vapor which comes from the first evaporator 2 and becomes an enriched solution, close to its saturated condition.
  • the outlet 31 is fluidically connected to an inlet 40 of the first generator 4.
  • the rich solution exits the first absorber 3 through the outlet 31 to be transmitted to the first generator 4.
  • the absorption process occurs at high pressure, releasing a quantity of heat which is dissipated towards the hot source whose temperature we seek to raise.
  • the first absorber 3 is fluidically connected to the first evaporator 2 and to the first generator 4.
  • the first absorber 3 comprises a fluid connection A from the first evaporator 2 allowing the refrigerant fluid in vapor state to enter the first absorber 3, preferably directly.
  • the first absorber 3 comprises a fluid connection C, D, E with the first generator 4, more precisely to a second economizer 16 and a first expander 9 through which the first working solution, called rich, of the first absorber 3 is heated and expanded before being transmitted to the first generator 4.
  • the second economizer 16 is an exchanger transmitting heat from the solution, called lean, coming from the first generator 4 to the solution, called rich, coming from the first absorber 3.
  • the second economizer 16 allows energy recovery making it possible to reduce the size of the first absorber 3 and the first generator 4 and thus significantly improve the performance of the transformer 1.
  • the first generator 4 comprises a fluid connection H, G, F, with the first absorber 3, more precisely with a first solution pump 8 and with the second economizer 16.
  • the fluid connection allows the entry of the first working solution, called lean, from the first generator 4 into the first absorber 3, preferably, through the first pump 8 then the second economizer 16.
  • 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 source to be heated. It is this production of heat at the first absorber 3 which is particularly sought after according to the invention.
  • the source heated 14 by the first absorber 3 can be, according to one possibility, directly used in particular in industry.
  • the temperature of the heated source 14 at the outlet of the first absorber 3 is advantageously at least 80°C, preferably 100°C, or even 120°C.
  • An absorption refrigeration machine 101 comprises four main exchangers, a second evaporator 102, a second absorber 103, a second generator 104 and a second condenser 105, and advantageously one to three secondary exchangers.
  • the role of the three secondary exchangers is to improve the performance of the machine: a rectifier (not shown) arranged between the second generator 104 and the second condenser 105, a second economizer (not shown) arranged between the second condenser 105 and the second evaporator 102 to play the role of preheating and a second economizer (not shown) arranged between the second absorber 103 and the second generator 104 on the second solution circuit described below.
  • the MFA 101 also comprises at least a second solution pump 108 and a second pressure reducer 109 also called a pressure reducing valve.
  • the MFA 101 comprises a second expander 107 arranged between the second condenser 105 and the second evaporator 102.
  • the refrigerant fluid (or coolant) of the second working solution produced in the second generator 104 circulates between the outlet 141 of the second generator 104 and the inlet 130 of the second absorber 103, passing successively preferentially through the second condenser 105, then the second evaporator 102, and the second absorber 103, more precisely in the fluid connections A', F', I', J'.
  • the refrigerant-absorbent solution rich in absorbent (high concentration of absorbent), but poor in refrigerant, commonly called poor solution, flows from the second generator 104 to the second absorber 103 in the second solution circuit, more precisely in the fluid connections D', E'.
  • the solution poor in absorbent (low concentration of absorbent), but rich in refrigerant, commonly called rich solution, flows from the second absorber 103 to the second generator 104 in the second solution circuit, more precisely in the fluid connections B', C'.
  • This type of MFA 101 operates according to three temperature levels: an intermediate temperature level corresponding to the temperature of the cooling source 113 circulating in the second condenser 105, preferably the temperature is said to be intermediate when it is less than or equal to 45°C, a low temperature level corresponding to the temperature of the source of the second evaporator 102 advantageously corresponding respectively to the evaporation temperature of the refrigerant in the second evaporator 102, preferably the temperature is said to be low when it is less than 25°C and a high temperature level corresponding to the temperature of the hot source 111 circulating in the second generator 104 advantageously corresponding to the desorption temperature in the second generator 104 preferably the temperature is said to be high when it is greater than or equal to 80°C. and less than 100°C.
  • the second fluid circuit provides the fluid connection of the components of the MFA 101. More precisely, the second fluid circuit comprises the various components and fluid connections arranged between the various components.
  • the second fluid circuit ensures the fluid connection of the second generator 104 to the second condenser 105, then from the second condenser 105 to the second evaporator 102, then from the second evaporator 102 to the second absorber 103 then from the second absorber 103 to the second generator 104 then from the second generator 104 to the second absorber 103.
  • the absorption refrigeration machine 101 comprises a second generator 104 described in detail below.
  • the second generator 104 is configured to vaporize the second refrigerant.
  • the generation of refrigerant vapor is carried out at a pressure corresponding to a high pressure.
  • the second generator 104 is thus configured to operate at a pressure corresponding to a high pressure.
  • the second working solution called rich coming from the second absorber 3 is heated by a heat source 111 of the second generator 104 advantageously corresponding to a source to be recovered at medium temperature which passes through the generator 104. Thanks to this heat, a part of the refrigerant fluid, for example ammonia, contained in the rich solution as well as traces of water are desorbed.
  • the second depleted working solution resulting from this process returns to the second absorber 103, preferably via the second solution circuit.
  • the desorption process takes place at high pressure, and requires a quantity of heat.
  • the refrigerant vapor produced by the second generator 104 also sometimes called desorber, is conveyed to the second condenser 105, sometimes passing through a rectifier, and/or an economizer.
  • the second generator 104 is fluidically connected to the second absorber 103 and to the second condenser 105, possibly via an economizer.
  • the second generator 104 advantageously comprises an inlet 140 of the second working solution, preferably a second working solution called rich, in fluidic connection, preferably indirect with the second absorber 103, more precisely with an outlet 131 of the second absorber 3, so as to supply the second generator 104 with second working solution called rich.
  • the refrigerant of the second rich working solution is then vaporized in the second generator 104.
  • the second working solution called lean leaves towards the second absorber 103 by an outlet 142.
  • the second generator 104 advantageously comprises an outlet 142 of the second working solution, preferably a second working solution called lean, in fluidic connection, preferably indirect by a third expander 109, with the second absorber 103, more precisely with the inlet 132 of the second absorber 103, so as to supply the second absorber 103 with a working solution called lean.
  • the second generator 104 comprises an outlet 141 of the second vaporized refrigerant.
  • the outlet 141 is fluidically connected with the inlet 150 of the second condenser 105, possibly passing through an economizer.
  • the absorption refrigeration machine 101 comprises, between the second generator 104 and the second absorber 103, another economizer, a third expansion valve 109 and a second solution pump 108. These components are arranged on a second fluid circuit called a solution circuit.
  • the third expansion valve 109 ensures the circulation of the second working solution from the second generator 104 to the second absorber 103 and conversely the second solution pump 108 ensures the circulation of the second working solution from the second absorber 103 to the second generator 104. More specifically, the second working solution called rich and the second working solution called lean circulate respectively from the second absorber 103 to the second generator 104 via the third expansion valve 109 and from the second generator 104 to the second absorber 3 via the third expansion valve 109.
  • the second generator 104 comprises a fluid connection F' with the second condenser 105.
  • the second generator 104 is fluidically connected directly to the second condenser 105, possibly by an economizer, allowing the vapor of the second refrigerant to exit the second generator 104.
  • the second generator 104 also comprises a heat source inlet and outlet 111 allowing the supply of heat necessary for the vaporization of the first refrigerant.
  • the heat source 111, or hot source comprises at least partially, preferably only, fatal energy at a temperature of the order of 70 °C minimum, preferably greater than or equal to 80 °C.
  • the absorption refrigeration machine 101 comprises a second condenser 105 described in detail below.
  • the second condenser 105 is configured to condense the second refrigerant vapor from the second generator 104.
  • the refrigerant vapor is cooled by a cooling source 113 to be condensed and become liquid again.
  • the condensation of the refrigerant vapor is carried out at a pressure corresponding to a high pressure.
  • the second condenser 105 is configured to operate at a pressure corresponding to a high pressure.
  • the second condenser 105 is fluidically connected to the second generator 104 and to the second evaporator 102.
  • the second condenser 105 comprises a fluidic connection F', coming from the second generator 104 allowing the entry of a flow of refrigerant vapor into the second condenser 105, preferably directly or through a rectifier and/or an economizer.
  • the flow of refrigerant vapor arriving in the second condenser 105 is advantageously at a so-called high pressure.
  • the second condenser 105 comprises an inlet 150 for the refrigerant vapor flow and an outlet 151 for the refrigerant flow having been condensed.
  • the second condenser 105 comprises a fluid connection, I', J' with the second evaporator 102 allowing the refrigerant to exit in the liquid state, advantageously through a second expansion valve 107 intended to bring the refrigerant to its evaporation pressure, preferably a pressure corresponding to a low pressure.
  • the second condenser 105 also comprises a cooling source 113 consisting at least partially according to the invention of ambient air.
  • the cooling source 113 has a temperature less than or equal to 45°C, preferably less than or equal to 35°C, preferably less than or equal to 25°C.
  • the cooling source 113 is intended to ensure the cooling of the refrigerant vapor and thus allow its condensation in the sense of the second condenser 105.
  • the absorption refrigeration machine 101 comprises a rectifier arranged between the second generator 104 and the second condenser 105.
  • the rectifier makes it possible to remove by condensation the traces of water carried along with the refrigerant fluid at the outlet of the second generator 104 and thus ensures the proper operation of the machine 101.
  • the rectifier is in this case arranged on the fluid connection F' ensuring the fluid connection between the second generator 4 and the second condenser 105.
  • the absorption refrigeration machine 1 comprises a second expansion valve 107 arranged between the second condenser 105 and the second evaporator 102.
  • the second expansion valve 107 is configured to expand the refrigerant in the liquid state coming from the second condenser 105.
  • the second expansion valve 107 advantageously comprises an inlet 170 for the flow of refrigerant in the liquid state at a high pressure and an outlet 171 for the flow of refrigerant in the liquid state at a pressure in the low pressure range.
  • the absorption refrigeration machine 101 comprises an economizer playing the role of preheating or superheating.
  • the economizer is arranged between the second condenser 105 and the second evaporator 102.
  • the economizer is a heat exchanger arranged on the fluid connection of the second condenser 105 to the second evaporator 102 and on the fluid connection of the second generator 104 to the second condenser 105.
  • the heated refrigerant fluid leaving the second generator 4 passes through the economizer to transmit part of its heat to the refrigerant fluid leaving the second condenser 105, thus making it possible to preheat the refrigerant fluid before it enters the second evaporator 102.
  • the economizer makes it possible to recover energy and therefore to reduce the size of the second condenser 105 and the second evaporator 102 and thus to significantly improve the performance of the machine.
  • the relevance of this component depends on the operating temperatures, the size of the transformer and the cost of the exchangers.
  • the absorption heat transformer according to the invention comprises a first evaporator 2 described in detail below.
  • the second evaporator 102 is configured to vaporize the refrigerant.
  • the pressure is low and a medium temperature heat input is required to allow the evaporation of the refrigerant.
  • the second evaporator 102 is configured to operate at a pressure selected from a low pressure range. More specifically, the refrigerant flow circulating within the second evaporator 102 has a pressure included in the low pressure range.
  • the second evaporator 102 comprises an inlet 120 and an outlet 121.
  • the inlet 120 is fluidically connected to the outlet 151 of the first condenser 105, more precisely to the outlet 171 of the second expansion valve 107.
  • the outlet 121 is fluidically connected to an inlet 130 of the second absorber 103.
  • the refrigerant in the vapor state exits the second evaporator 102 and preferentially enters directly into the second absorber 103.
  • the second evaporator 102 is fluidically connected to the second condenser 105 and to the second absorber 103.
  • the second evaporator 102 comprises a fluidic connection I', J' coming from the second condenser 105, more precisely according to the illustrated embodiment coming from the second expander 107.
  • the second evaporator 102 comprises a fluid connection A' with the second absorber 103, allowing the refrigerant vapor to exit, preferably directly.
  • the second evaporator 102 also comprises an inlet and an outlet of a heat source.
  • 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 to the refrigerant fluid.
  • the hot source transmits calories and thus sees its temperature drop.
  • the hot source is thermal energy produced by the first condenser 5.
  • the absorption heat transformer 1 and the absorption refrigeration machine 101 are thermally connected at this level.
  • the second evaporator 102 of the refrigerating machine 101 uses the heat emitted by the condenser 5 to ensure the evaporation of the second refrigerant. This makes it possible to cool the refrigerant circulating in the first condenser 5 of the absorption heat transformer 1 and ensure its condensation. In a certain way, the first condenser uses as a cooling source the cold produced by the second evaporator 102 of the refrigerating machine 101.
  • the absorption refrigeration machine 101 thus makes it possible to lower the temperature level of a source supplied to the absorption heat transformer 1 and in particular to its first condenser 5 from a cooling source 113 circulating at the level of the second condenser 105 of the machine 101 which has a temperature greater than or equal to 25 °C and preferably less than or equal to 45 °C.
  • the cooling source 113 is preferably ambient air.
  • the thermal coupling of the transformer 1 and the machine 101 is achieved by an intermediate fluid circuit.
  • This thermal coupling is defined as an indirect coupling.
  • the system comprises an intermediate fluid circuit ensuring the thermal connection between the first condenser 5 and the second evaporator 102.
  • the intermediate fluid circuit is configured to receive a heat transfer fluid.
  • the intermediate fluid circuit is a closed circuit fluidically independent of the first fluid circuit of the transformer 1 and the second fluid circuit of the machine 101. There is no circulation of fluid between the first fluid circuit and/or the second fluid circuit and/or the intermediate fluid circuit.
  • the intermediate fluid circuit mainly comprises two fluid connections respectively ensuring the circulation of the heat transfer fluid from the second evaporator 102 to the first condenser 5 and the circulation of the heat transfer fluid from the first condenser 5 to the second evaporator 102.
  • the fluid circuit makes it possible to supply the hot heat transfer fluid to the second evaporator 102 which causes the evaporation of the refrigerant in the second evaporator 102, then the cooled heat transfer fluid leaves the evaporator 102 and comes into the first condenser 5 to ensure the condensation of the refrigerant fluid causing the heating of the heat transfer fluid which leaves towards the second evaporator 102.
  • the second evaporator 102 and the first condenser 105 are plate exchangers or exchangers conventionally used in absorption machines and transformers comprising a spraying of the heat transfer fluid in an enclosure within which a tube is arranged in which either the first refrigerant or the second refrigerant circulates.
  • the thermal coupling of the transformer 1 and the machine 101 is carried out within a plate exchanger.
  • This thermal coupling is defined as a direct coupling.
  • the first condenser 5 and the second evaporator 102 are combined in a single plate exchanger in which both the first refrigerant and the second refrigerant circulate so as to ensure a thermal coupling without fluid connection.
  • the refrigerant entering the second evaporator 102 is in the liquid state colder than the refrigerant entering the first condenser 5 which is in the vapor state.
  • the refrigerant of the first condenser 5 transmits its calories to the refrigerant of the second evaporator allowing the condensation of the refrigerant in the first condenser 5 and the evaporation of the refrigerant in the second evaporator 102.
  • the absorption refrigeration machine 101 comprises a second absorber 103 described in detail below.
  • the second absorber 103 is configured to condense the refrigerant vapor from the second evaporator 102.
  • the second absorber 103 is configured to operate in a pressure range corresponding to the low pressure range. More specifically, the flows of refrigerant fluid and the second working solution circulating within the second absorber 103 have a pressure included in the low pressure range.
  • the second absorber 103 comprises an inlet 130, an inlet 132 and an outlet 131.
  • the inlet 130 is fluidically connected to the outlet 121 of the second evaporator 102.
  • the refrigerant vapor from the second evaporator 102 enters the second absorber 103 via the inlet 130.
  • the inlet 132 fluidly connected to the outlet 142 of the second generator 104.
  • the absorbent, or working solution composed of water and a small fraction of refrigerant, also called lean solution, from the second generator 104 enters the second absorber 103 through the inlet 132 and is distributed along the second absorber 103.
  • the lean solution absorbs the refrigerant vapor which comes from the second evaporator 102 and becomes an enriched solution, close to its saturated condition.
  • the outlet 131 fluidly connected to an inlet 140 of the second generator 4.
  • the rich solution exits the second absorber 103 through the outlet 131 to be transmitted to the second generator 104.
  • the absorption process occurs at low pressure, releasing a quantity of heat which is dissipated towards the hot source 114.
  • the second absorber 103 is fluidically connected to the second evaporator 102 and to the second generator 104.
  • the second absorber 103 comprises a fluidic connection A' from the second evaporator 2 allowing the refrigerant fluid in vapor state to enter the second absorber 103, preferably directly.
  • the second absorber 103 comprises a fluid connection B', C' with the second generator 104, possibly with an economizer through which the first working solution called rich from the second absorber 103 is heated before being transmitted to the second generator 104. Then, the working solution, called rich, leaving the second absorber 103 towards the second generator 104, passes, preferentially, through a second solution pump 108 before reaching the second generator 104.
  • the economizer is an exchanger transmitting heat from the solution, called lean, coming from the second generator 104 to the solution, called rich, coming from the second absorber 103.
  • the economizer allows energy recovery making it possible to reduce the size of the second absorber 103 and the second generator 104 and thus significantly improve the performance of the machine 101.
  • the second generator 104 comprises a fluid connection B', C' with the second generator 104, possibly with an economizer through which the first working solution called rich from the second absorber 103 is heated before being transmitted to the second generator 104.
  • fluidic connection D', E', with the second absorber 103 more precisely with a third expander 109.
  • the fluidic connection allows the entry of the second working solution, called lean, from the second generator 104 into the second absorber 3, preferably, through the third expander 109 and then possibly the economizer 16.
  • 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 heat source 114.
  • the heat source 114 is advantageously identical to the heat source 113.
  • the system comprises at least one control member (not shown).
  • the system comprises a control unit configured to control the at least one control member.
  • the system comprises various temperature and/or pressure and/or flow rate sensors distributed on the fluid circuits, whether on the components or on the fluid connections.
  • the various sensors are connected to the control unit and preferably allow optimization of the control of the at least one control member according to the different pressure and/or temperature and/or flow rate and/or heat requirements data at the heated source 14.
  • the control unit is notably designed to control the starting or stopping of the absorption refrigeration machine depending in particular on the heat requirements at the heated source 14 and the temperature of the cooling source 113.
  • the fluid circuit of the transformer 1 comprises a fluid connection A ensuring the fluid connection of the first evaporator 2 to the first absorber 3, preferably directly, more precisely from the outlet 21 of the first evaporator 2 to the inlet 30 of the first absorber 3.
  • the fluid connection A ensures the circulation of at least part of the flow of refrigerant fluid in the gaseous state and at a first pressure corresponding to a high pressure from the first evaporator 2 to the first absorber 3.
  • the fluid circuit of the transformer 1 comprises a fluid connection C ensuring the fluid connection of the first absorber 3 to the second economizer 16, preferably directly, more precisely from the outlet 31 of the first absorber 3 to the inlet of the second economizer 16.
  • the fluid connection C ensures the circulation of the flow of a working solution, called rich, and at a third pressure corresponding to a high pressure from the first absorber 3 towards the first generator 4.
  • the fluid circuit of the transformer 1 comprises a fluid connection D ensuring the fluid connection of the second economizer 16, preferably directly, to a first pressure reducer 9.
  • the fluid connection D ensures the circulation of the flow of the so-called rich working solution, cooled after its passage through the second economizer 16 and at a pressure corresponding to a high pressure from the second economizer 16 towards the first generator 4.
  • the fluid circuit of the transformer 1 comprises a fluid connection E ensuring the fluid connection of the first pressure reducer 9, preferably directly, to the first generator 4, more precisely to the inlet 40 of the first generator 4.
  • the fluid connection E ensures the circulation of the flow of the rich working solution heated and at a pressure corresponding to a low pressure from the first pressure reducer 9 to the first generator 4.
  • the first regulator 9 ensures a reduction in the pressure of the flow of the rich working solution before it enters the first generator 4.
  • the fluid circuit of the transformer 1 comprises a fluid connection F ensuring the fluid connection of the first generator 4, more precisely the outlet 42 of the first generator 4, preferably directly, to a first solution pump 8.
  • the fluid connection F ensures the circulation of the flow of the lean working solution and at a pressure corresponding to a low pressure from the first generator 4 towards the first absorber 3.
  • the fluid circuit of the transformer 1 comprises a fluid connection G ensuring the fluid connection of the first solution pump 8, preferably directly, to the second economizer 16.
  • the fluid connection G ensures the circulation of the flow of the lean working solution and at a pressure corresponding to a high pressure from the first solution pump 8 towards the first absorber 3.
  • the first solution pump 8 ensures a compression of the working solution and therefore an increase in the pressure of the flow of the poor working solution before it enters the first absorber 3.
  • the fluid circuit of the transformer 1 comprises a fluid connection H ensuring the fluid connection of the second economizer 16, preferably directly, to the first absorber 3.
  • the fluid connection H ensures the circulation of the flow of the lean and heated working solution after its passage through the second economizer 16 and at a pressure corresponding to a high pressure from the second economizer 16 to the first absorber 3.
  • the fluid circuit of the transformer 1 comprises a fluid connection I ensuring the fluid connection of the first generator 4, more precisely of the outlet 41 of the first generator 4 to the first economizer 15.
  • the fluid connection I ensures the circulation of the flow of the refrigerant fluid in the gaseous state and at a pressure corresponding to a low pressure, coming from the first generator 4 towards the first condenser 5 passing through the first economizer 15.
  • the fluid circuit of the transformer 1 comprises a fluid connection J ensuring the fluid connection of the first economizer 15, preferably directly to the first condenser 5, more precisely the inlet 50 of the first condenser 5.
  • the fluid connection J ensures the circulation of the flow of the refrigerant fluid in the cooled gaseous state after its passage through the first economizer 15 and at a pressure corresponding to a low pressure, coming from the first economizer 15 to the first condenser 5.
  • the fluid circuit of transformer 1 includes a fluid connection L ensuring the fluid connection of the first condenser 5, more precisely the outlet 51 of the first condenser 5, preferably directly to a first pump 7, in the direction of the first evaporator 2.
  • the fluid connection L ensures the circulation of the flow of the refrigerant fluid in the liquid state and at a pressure corresponding to a low pressure, coming from the first condenser 5 towards the first pump 7.
  • the fluid circuit of the transformer 1 comprises a fluid connection M ensuring the fluid connection of the first pump 7 to the first evaporator 2 and preferably passing through the first economizer 15.
  • the fluid connection M ensures the circulation of the refrigerant fluid in the liquid state and at a pressure corresponding to a high pressure, coming from the first pump 7 to the first economizer 15.
  • the first pump 7 ensures a compression of the refrigerant fluid in the liquid state and therefore an increase in the pressure of the flow of refrigerant fluid in the liquid state before it enters the first evaporator 2.
  • the fluid circuit of the transformer 1 comprises a fluid connection N ensuring the fluid connection of the first economizer 15 to the first evaporator 2, preferably directly and more precisely at the inlet 20 of the first evaporator 2.
  • the fluid connection N ensures the circulation of the refrigerant fluid in the liquid state heated after its passage through the first economizer 15 and at a pressure corresponding to a high pressure coming from the first economizer 15 towards the first evaporator 2.
  • High pressures may or may not be the same, but they all correspond to high pressures.
  • Low pressures may or may not be the same, but they all correspond to low pressures.
  • the fluid circuit of the machine 101 comprises a fluid connection A' ensuring the fluid connection of the second evaporator 102 to the second absorber 103, preferably directly, more precisely from the outlet 121 of the second evaporator 102 to the inlet 130 of the second absorber 103.
  • the fluid connection A ensures the circulation of at least part of the flow of refrigerant fluid in the gaseous state and at a pressure corresponding to a low pressure from the second evaporator 102 to the second absorber 103.
  • the fluid circuit of the machine 101 comprises a fluid connection B' ensuring the fluid connection of the second absorber 103, preferably directly, more precisely from the outlet 131 of the second absorber 103 to the second solution pump 108.
  • the fluid connection B' ensures the circulation of the flow of the so-called rich working solution, and at a pressure corresponding to a low pressure from the second absorber 103 to the second solution pump 108 towards the second generator 104.
  • the fluid circuit of the machine 101 comprises a fluid connection C' ensuring the fluid connection of the second solution pump 108, preferably directly, to the second generator 104, more precisely to the inlet 140 of the second generator 4.
  • the fluid connection C' ensures the circulation of the flow of the rich working solution and at a pressure corresponding to a high pressure from the second solution pump 108 to the second generator 104.
  • the second solution pump 108 provides compression of the working solution and therefore an increase in the pressure of the flow of the rich working solution before it enters the second generator 104.
  • the fluid circuit of the machine 101 comprises a fluid connection D' ensuring the fluid connection of the second generator 104, more precisely the outlet 142 of the second generator 104, preferably directly, to a third pressure reducer 109.
  • the fluid connection F ensures the circulation of the flow of the lean working solution and at a pressure corresponding to a high pressure from the second generator 104 to a third pressure reducer 109 in the direction of the second absorber 103.
  • the fluid circuit of the machine 101 comprises a fluid connection E' ensuring the fluid connection of the third expander 109, preferably directly, to the second absorber 103.
  • the fluid connection E' ensures the circulation of the flow of the lean working solution and at a pressure corresponding to a low pressure from the third expander 109 towards the second absorber 103.
  • the third regulator 109 ensures a reduction in the pressure of the flow of the lean working solution before it enters the second absorber 103.
  • the fluid circuit of the machine 101 comprises a fluid connection F' ensuring the fluid connection of the second generator 104, more precisely from the outlet 141 of the second generator 104 to the second condenser 105, more precisely the inlet 150 of the second condenser 105.
  • the fluid connection F' ensures the circulation of the flow of the refrigerant fluid in the gaseous state and at a pressure corresponding to a high pressure, coming from the second generator 104 to the second condenser 105.
  • the fluid circuit of the machine 101 comprises a fluid connection I' ensuring the fluid connection of the first condenser 5, more precisely the outlet 151 of the second condenser 105, preferably directly to a second expansion valve 107, in the direction of the second evaporator 102.
  • the fluid connection I' ensures the circulation of the flow of the refrigerant fluid in the liquid state and at a pressure corresponding to a high pressure, from the second condenser 105 to the second expansion valve 107.
  • the fluid circuit of the machine 101 comprises a fluid connection J' ensuring the fluid connection of the second expansion valve 107 to the second evaporator 102.
  • the fluid connection J' ensures the circulation of the refrigerant fluid in the liquid state and at a pressure corresponding to a low pressure, coming from the second expansion valve 107 to the second evaporator 102.
  • the second expansion valve 107 ensures an expansion of the refrigerant fluid in the liquid state and therefore a reduction in the pressure of the flow of refrigerant fluid in the liquid state before it enters the second evaporator 102.
  • the system has the advantage of not requiring an additional heat or cold source.
  • the coupling of the refrigeration machine does not require the use of heat or cold sources other than or additional to the heat transformer for its operation.
  • the system comprises a pressure regulating member and in particular the pressure of the refrigerant in the second evaporator 104 of the refrigerating machine is regulated as a function of the ambient temperature, more generally of the temperature of the common cold source 112, in order to maintain an optimum condensation temperature of the refrigerant in the first condenser 5 of the heat transformer (between 10°C-25°C) in order to maximize the overall performance of the system coupling.
  • High pressures may or may not be the same, but they all correspond to high pressures.
  • Low pressures may or may not be the same, but they all correspond to low pressures.
  • a low pressure is less than or equal to 1000 KPa, see 900 KPa, a high pressure is greater than or equal to 2000 KPa, see 2500 KPa.
  • Example Evaluation of the performance of a system according to the invention in summer conditions.
  • a heat source 10 for an average temperature of fatal heat to be recovered of 80°C, that is to say a heat source 10, 11, 111 having a temperature of the order of 80°C, a hot temperature at the inlet of the absorber of 100°C, that is to say a source to be heated having a temperature of the order of 100°C and an external temperature of 35°C, that is to say a cooling source 113 and 114 having a temperature of the order of 35°C.

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Abstract

L'invention concerne un système de production de chaleur comprenant un transformateur de chaleur à absorption (1), destiné à la production de chaleur haute température, comprenant un premier évaporateur (2), un premier absorbeur (3), un premier générateur (4) et un premier condenseur (5), une première pompe, une première pompe à solution et un premier détendeur et une machine frigorifique à absorption (101) comprenant un deuxième évaporateur (102), un deuxième absorbeur (103), un deuxième générateur (104) et un deuxième condenseur (105), le premier condenseur (105) et le deuxième évaporateur (102) étant couplés thermiquement l'un à l'autre.

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente concerne un transformateur de chaleur à absorption optimisé par un couplage à une machine frigorifique à absorption. L'invention trouvera son application pour la production de chaleur à haute température classiquement supérieure à 100°C pour l'industrie qui soit efficace même lorsque l'ambiance est chaude.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • À ce jour, 26 % de la demande de chaleur industrielle concerne des températures de 100°C à 200°C, avec un fort besoin de décarbonation pour répondre à l'objectif zéro émission nette de CO2 d'ici à 2050.
  • Parmi les solutions pouvant être mises en oeuvre pour atteindre ces objectifs, les pompes à chaleur haute température (supérieures à 100°C) sont des technologies prometteuses. Toutefois, de nombreux verrous technologiques liés à la performance et la fabrication des compresseurs ainsi qu'à l'utilisation des réfrigérants à faible impact CO2, doivent être levés. Une solution émergente est de remplacer les compresseurs par un système à absorption ammoniac/eau (NH3/H2O). Cette technologie peut contribuer à la réduction de la consommation énergétique finale, en accord avec les indications contenues dans le Cadre européen énergie-climat 2030 et formalisées en France par la LTECV (Loi pour la Transition Energétique et la Croissance Verte) promulguée en 2015.
  • Les pompes à chaleur par absorption également connues comme transformateur de chaleur à absorption (TCA) ou Absorption Heat Transformer (AHT) en anglais nécessitent un refroidissement au niveau du condenseur. On connait ce type de transformateur de chaleur à absorption notamment du document JP H06 26725 . Ce refroidissement est classiquement réalisé par des aérothermes avec des rejets de chaleur vers l'ambiance. Toutefois, lorsque l'ambiance est chaude, par exemple en période estivale, à partir de 25°C environ, ce type de dispositif tend à perdre très rapidement son efficacité, voire même s'arrêter de fonctionner.
  • Il existe donc le besoin d'un dispositif de production de chaleur haute température écologique, économique et efficace lors de températures extérieures chaudes à partir de 25°C par exemple.
    • RESUME
  • Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation on prévoit un système de production de chaleur comprenant un transformateur de chaleur à absorption destiné à la production de chaleur, préférentiellement haute température, comprenant un premier circuit fluidique recevant une première solution de travail formée d'un couple premier réfrigérant/ premier absorbant et comprenant successivement en connexion fluidique: un premier évaporateur, préférentiellement fonctionnant à haute pression, un premier absorbeur, préférentiellement fonctionnant à haute pression et destiné à la production de chaleur haute température, un premier générateur préférentiellement fonctionnant à basse pression et un premier condenseur, préférentiellement fonctionnant à basse pression, le circuit fluidique comprend une première pompe agencée entre le premier condenseur et le premier évaporateur, une première pompe à solution agencée entre le premier générateur et le premier absorbeur, et un premier détendeur agencé en parallèle de la première pompe à solution entre le premier absorbeur et le deuxième générateur, le système comprend une machine frigorifique à absorption comprenant un deuxième circuit fluidique recevant une deuxième solution de travail formée d'un couple premier réfrigérant/ premier absorbant et comprenant successivement en connexion fluidique: un deuxième évaporateur, préférentiellement fonctionnant à basse pression et destiné à la production de froid, un deuxième absorbeur, préférentiellement fonctionnant à basse pression, un deuxième générateur, préférentiellement fonctionnant à haute pression et un deuxième condenseur, préférentiellement fonctionnant à haute pression, et le premier condenseur et le deuxième évaporateur étant couplés thermiquement l'un à l'autre.
  • L'architecture de ce système de production de chaleur comprenant un transformateur de chaleur à absorption couplé à une machine frigorifique à absorption permet de garantir la valorisation de chaleur dans des conditions de fonctionnement réelles plus larges que les systèmes de l'état de la technique.
  • Le système de production de chaleur selon l'invention permet de générer de la chaleur haute température, avantageusement au moins de 100°C, à partir d'une source de chaleur à moyenne température, préférentiellement de la chaleur fatale ayant une température de l'ordre de minimum 80°C, tout en étant peu consommateur d'énergie électrique, et cela même lorsque la température extérieure dépasse 25°C.
  • L'évaporateur de la machine frigorifique à absorption couplé au condenseur du transformateur de chaleur à absorption permet d'assurer un refroidissement satisfaisant au niveau du condenseur du transformateur de chaleur, et cela même lorsque la température de l'air ambiant augmente et notamment dépasse 25°C qui est une limite supérieure pour le fonctionnement optimal des transformateurs de chaleur à absorption préférentiellement à NH3/H2O.
  • Suivant un autre aspect, l'invention concerne un procédé de production de chaleur haute température par un système de chaleur à absorption tel que décrit ci-dessus et plus avant dans la description, le deuxième évaporateur formant, plus précisément constituant, la source de refroidissement du premier condenseur.
    • 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 le dessin d'accompagnement suivant :
    • La figure 1 représente un schéma du transformateur de chaleur selon l'invention.
    • La figure 2 représente un schéma du transformateur de chaleur selon un autre mode de réalisation de l'invention.
  • Le dessin est donné à titre d'exemple et n'est pas limitatif de l'invention. Il constitue une représentation schématique de principe destinée à faciliter la compréhension de l'invention et n'est 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 premier condenseur 5 et le deuxième évaporateur 102 sont couplés thermiquement l'un à l'autre dans un échangeur à plaque configuré pour recevoir le deuxième réfrigérant et le premier réfrigérant ;
    • Selon un exemple, le système comprend un condenseur complémentaire 5' agencé sur le premier circuit fluidique en amont du premier condenseur 5 et en aval du premier générateur 4 et une vanne trois voies 115 comprenant une première sortie connectée fluidiquement au condenseur complémentaire 5', une deuxième sortie connectée fluidiquement au deuxième condenseur 105 et au deuxième absorbeur 103 et à une arrivée connectée fluidiquement à une source froide commune 112 destinée à alimenter le condenseur complémentaire 5', le deuxième condenseur 105 et le deuxième absorbeur 103 ;
    • Selon un exemple, la vanne trois voies (115) est configuré pour prendre deux configurations alternatives :
      • une première configuration, dite hiver, dans laquelle la première sortie de la vanne trois voies (115) est ouverte assurant l'alimentation du condenseur complémentaire (5') en source froide (12) et la deuxième sortie de la vanne trois voies (115) est fermée empêchant l'alimentation du deuxième condenseur (105) et du deuxième absorbeur (103) en source froide (113 -114), seul le transformateur de chaleur à absorption étant en fonctionnement,
      • une deuxième configuration, dite été, dans laquelle la première sortie de la vanne trois voies (115) est fermée empêchant l'alimentation du condenseur complémentaire (5') en source froide (12) et la deuxième sortie de la vanne trois voies (115) est ouverte assurant l'alimentation du deuxième condenseur (105) et du deuxième absorbeur (103) en source froide (113 -114), sle transformateur de chaleur à absorption et la machine frigorifique étant en fonctionnement ;
      • Selon un exemple, le système comprend une unité de commande destinée à commander la vanne trois voies, en fonction d'une température d'une source froide commune (112), lorsque la température de la source froide commune (112) est inférieure à une température de consigne, la vanne trois voies est dans la première configuration dite hiver et lorsque la température de la source froide commune (112) est supérieure à une température de consigne, la vanne trois voies est dans la deuxième configuration dite été.
    • Selon un exemple, le deuxième condenseur 105 est configuré pour recevoir une source de refroidissement 113 destinée à assurer le refroidissement au sein du deuxième condenseur 105, la source de refroidissement 113 étant à une température maximale est inférieure ou égale à 45 °C ;
    • Selon un exemple, le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique sont respectivement des circuits fermés indépendants fluidiquement.
    • Selon un exemple, le deuxième réfrigérant et le premier réfrigérant circulent dans un échangeur à plaque jouant le rôle du deuxième évaporateur et du premier condenseur ;
    • Selon un exemple, le procédé comprend
      • une première configuration, dite hiver, dans laquelle la première sortie de la vanne trois voies (115) est ouverte assurant l'alimentation du condenseur complémentaire (5') en source froide (12) et la deuxième sortie de la vanne trois voies (115) est fermée empêchant l'alimentation du deuxième condenseur (105) et du deuxième absorbeur (103) en source froide (113 -114), seul le transformateur de chaleur à absorption étant en fonctionnement,
      • une deuxième configuration, dite été, dans laquelle la première sortie de la vanne trois voies (115) est fermée empêchant l'alimentation du condenseur complémentaire (5') en source froide (12) et la deuxième sortie de la vanne trois voies (115) est ouverte assurant l'alimentation du deuxième condenseur (105) et du deuxième absorbeur (103) en source froide (113 -114), le transformateur de chaleur à absorption et la machine frigorifique étant en fonctionnement ;
    • Selon un exemple, l'unité de commande commande la vanne trois voies (115), en fonction d'une température d'une source froide commune (112), lorsque la température de la source froide commune (112) est inférieure à une température de consigne, l'unité de commande commande la vanne trois voies (115) pour qu'elle soit dans la première configuration, dite hiver, et lorsque la température de la source froide commune (112) est supérieure à une température de consigne, l'unité de commande commande la vanne trois voies (115) pour qu'elle soit dans la deuxième configuration dite été.
    • Selon un exemple, le deuxième condenseur 105 reçoit une source de refroidissement 113 destinée à assurer le refroidissement au sein du deuxième condenseur 105, la source de refroidissement 113 étant à une température maximale est inférieure ou égale à 45 °C.
  • 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 système de production de chaleur selon l'invention comprend un transformateur de chaleur à absorption (TCA) 1 et une machine frigorifique à absorption (MFA) 101.
  • Le TCA 1 fonctionne avec un cycle différent de la machine frigorifique à absorption 101 où la production de froid est recherchée. Dans le TCA, c'est une production de chaleur qui est recherchée. Le transformateur de chaleur à absorption 1 est alimenté par une source de chaleur 11 au niveau du premier générateur 4, par exemple à une température de l'ordre de 70-80°C et produit au niveau du premier absorbeur 3 une source chauffée 14 à une température supérieure ou égale à 100°C. La machine frigorifique à absorption 101 est alimentée par une source chaude 111 au niveau du deuxième générateur 104, par exemple à une température de l'ordre de 70-80°C, et produit au niveau du deuxième évaporateur 102 du froid, préférentiellement à une température inférieure ou égale à 25°C, selon l'invention ce froid permet d'alimenter le condenseur du transformateur.
  • Avantageusement, la source de chaleur 11 est de la chaleur fatale issue de procédés industriels par exemple ou une chaleur produite par une énergie renouvelable. La source de chaleur 111 est avantageusement également de la chaleur fatale issue de procédés industriels. La source de chaleur 11 et la source de chaleur 111 peuvent être identiques et/ou ainsi que la source de chaleur 10.
  • Un transformateur de chaleur à absorption 1 est une pompe à chaleur à absorption thermique utilisant une solution de travail basée sur des couples réfrigérant/sorbant présentant de fortes affinités.
  • La machine frigorifique à absorption 101 utilise également une solution de travail basée sur des couples réfrigérant/sorbant présentant de fortes affinités.
  • Le transformateur 1 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 même, la machine frigorifique à absorption 101 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 ou réfrigérants utilisés dans le transformateur de chaleur à absorption 1 et dans la machine frigorifique à absorption 101 ne présentent aucun ou très faible impact environnemental, sur le réchauffement climatique (GWP pour Global warning potential ou PRG pour Potentiel de Réchauffement Global = 0), ou sur la couche d'ozone (ODP pour Ozone depletion potential ou PDO pour potentiel de déplétion ozonique = 0).
  • Le transformateur de chaleur 1 et la machine frigorifique 101 fonctionnent 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, le transformateur 1 et la machine 101 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 1 et la machine frigorifique 101 comprennent chacun une solution de travail pouvant être identique ou différente.
  • Le transformateur de chaleur à absorption 1 comprend un premier circuit fluidique à absorption configuré pour assurer la connexion fluidique des différents composants du transformateur de chaleur à absorption 1. Le premier circuit fluidique à absorption est un circuit fermé destiné à recevoir une solution de travail du transformateur.
  • La machine frigorifique à absorption 101 comprend un deuxième circuit fluidique à absorption configuré pour assurer la connexion fluidique des différents composants de la machine frigorifique à absorption 101. Le deuxième circuit fluidique à absorption est un circuit fermé destiné à recevoir une solution de travail de la machine.
  • Le premier circuit fluidique du transformateur 1 et le deuxième circuit fluidique de la machine sont tous les deux des circuits fermés et indépendants fluidiquement. Les fluides circulant dans chacun des circuits fluidiques ne se mélangent pas. Le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique sont en connexion thermique de sorte à assurer le transfert d'énergie thermique entre le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, le TCA 1 comprend une première solution de travail du transformateur comprenant le couple fluide frigorigène/absorbant choisi parmi préférentiellement le couple ammoniac/eau (NH3/H2O) ou éventuellement le couple eau/Bromure de Lithium (H2O/LiBr).
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, la machine frigorifique à absorption 101 comprend une deuxième solution de travail du transformateur comprenant le couple fluide frigorigène/absorbant choisi parmi préférentiellement le couple ammoniac/eau (NH3/H2O) ou éventuellement le couple eau/Bromure de Lithium (H2O/LiBr).
  • Selon l'invention, le couple NH3/H2O est utilisable pour des applications de chauffage. De plus, ce couple permet de travailler à pression supérieure à la pression ambiante.
  • 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 des cycles à absorption est que la compression mécanique est remplacée par une compression thermochimique qui produit de la chaleur au niveau du transformateur 1 et du froid au niveau de la machine 101. Le seul apport d'énergie primaire nécessaire se situe au niveau des pompes 7, 8 et 108, mais le travail est environ 96 fois inférieur au travail qu'un compresseur de vapeur doit fournir pour des conditions de fonctionnement similaires.
  • Un transformateur de chaleur à absorption 1 (TCA) comprend quatre échangeurs principaux, un premier évaporateur 2, un premier absorbeur 3, un premier générateur 4 et un premier condenseur 5, et avantageusement d'un à trois échangeurs secondaires.
  • Le rôle des trois échangeurs secondaires est d'améliorer les performances du transformateur 1 : un rectifieur (non représenté) agencé entre le premier générateur 4 et le premier condenseur 5, un premier économiseur 15 agencé entre le premier condenseur 5 et le premier évaporateur 2 pour jouer le rôle de préchauffage et un second économiseur 16 agencé entre le premier absorbeur 3 et le premier générateur 4 sur le premier circuit à solution décrit ci-après.
  • Selon une possibilité, le TCA 1 comprend également au moins une première pompe à solution 8 et un premier détendeur 9 également dénommé vanne de détente.
  • Selon l'invention, le TCA 1 comprend une première pompe 7 agencée entre le premier condenseur 5 et le premier évaporateur 2.
  • Le fluide frigorigène (ou réfrigérant) de la première solution de travail produit dans le premier générateur 4 circule entre la sortie 41 du premier générateur 4 et l'entrée 30 du premier absorbeur 3 en passant successivement, préférentiellement par le premier économiseur 15 puis, par le premier condenseur 5, puis le premier évaporateur 2, et le premier absorbeur 3, plus précisément dans les connexions fluidiques A, I, K, L, M, N.
  • La solution réfrigérant-absorbant riche en absorbant (haute concentration d'absorbant), mais pauvre en réfrigérant, dénommée couramment solution pauvre, circule du premier générateur 4 vers le premier absorbeur 3 dans le premier circuit à solution, plus précisément dans les connexions fluidiques F, G, H.
  • La solution pauvre en absorbant (faible concentration d'absorbant), mais riche en réfrigérant, dénommée couramment solution riche, circule du premier absorbeur 3 vers le premier générateur 4 dans le premier circuit à solution, plus précisément dans les connexions fluidiques C, D E.
  • La solution de travail est dite riche, car la concentration en fluide frigorigène est plus importante que dans la solution de travail dite pauvre.
  • Ce type de TCA 1 fonctionne selon trois niveaux de température : un niveau de température basse correspondant à la température de la source de refroidissement circulant au premier condenseur 5, préférentiellement la température est dite basse lorsqu'elle est inférieure ou égale à 45°C un niveau de température intermédiaire correspondant à la température de la source chaude 10 du premier évaporateur 2 et de la source chaude 11 du premier générateur 4 correspondant avantageusement respectivement à la température d'évaporation du fluide frigorigène dans l'évaporateur 2, mais également à la température motrice du générateur 4, préférentiellement la température est dite intermédiaire lorsqu'elle est supérieure ou égale à 80°C et inférieure à 100°C et un niveau de température élevée correspondant à la température de la source à chauffer circulant dans le premier absorbeur correspondant avantageusement la température d'absorption dans le premier absorbeur 3 préférentiellement la température est dite élevée lorsqu'elle est supérieure ou également à 100°C.
  • Le premier circuit fluidique assure la connexion fluidique des composants du TCA 1. Plus précisément, le premier circuit fluidique comprend les différents composants et des connexions fluidiques agencées entre les différents composants.
  • Selon l'invention, le premier circuit fluidique assure la connexion fluidique du premier générateur 4 au premier condenseur 5, puis du premier condenseur 5 au premier évaporateur 2, puis du premier évaporateur 2 au premier absorbeur 3 et puis du premier absorbeur 3 au premier générateur 4 et puis du premier générateur 4 au premier absorbeur 3.
  • Le transformateur de chaleur à absorption 1 selon l'invention comprend un premier générateur 4 décrit en détail ci-après.
  • Le premier générateur 4 est configuré pour vaporiser le premier fluide frigorigène. La génération de vapeur de fluide frigorigène est réalisée à une pression correspondant à une basse pression. Le premier générateur 4 est ainsi configuré pour fonctionner à une pression correspondant à une basse pression.
  • La première solution de travail dite riche provenant du premier absorbeur 3 est chauffée par une source de chaleur 11 du premier générateur 4 correspondant avantageusement à une source à valoriser à moyenne température qui traverse le générateur 4. Grâce à cette chaleur, une partie du fluide réfrigérant, par exemple l'ammoniac, contenue dans la solution riche ainsi que des traces d'eau sont désorbées. La solution de travail appauvrie issue de ce processus retourne au premier absorbeur 3, préférentiellement par le premier circuit à solution. Le processus de désorption a lieu à basse pression, et requiert une quantité de chaleur. La vapeur de fluide frigorigène produite par le premier générateur 4, également parfois dénommée désorbeur, est acheminée vers le premier condenseur 5, parfois en passant par un rectifieur, et un premier économiseur 15 et selon un deuxième mode de réalisation par un condenseur complémentaire 5'.
  • Le premier générateur 4 est connecté fluidiquement au premier absorbeur 3 et au premier condenseur 5, préférentiellement par l'intermédiaire d'un premier économiseur 15 et selon un deuxième mode de réalisation par un condenseur complémentaire 5'. Le premier générateur 4 comprend avantageusement une entrée 40 de la première solution de travail, préférentiellement une première solution de travail dite riche, en connexion fluidique, préférentiellement indirecte avec le premier absorbeur 3, plus précisément avec une sortie 31 du premier absorbeur 3, de sorte à alimenter le premier générateur 4 en première solution de travail dite riche. Le fluide frigorigène de la première solution de travail riche est alors vaporisé dans le premier générateur 4. La première solution de travail dite pauvre repart vers le premier absorbeur 3 par une sortie 42. Le premier générateur 4 comprend avantageusement une sortie 42 de la première solution de travail préférentiellement une première solution de travail dite pauvre en connexion fluidique, préférentiellement indirecte, avec le premier absorbeur 3, plus précisément avec l'entrée 32 d du premier absorbeur 3, de sorte à alimenter le premier absorbeur 3 en solution de travail dite pauvre. Le premier générateur 4 comprend une sortie 41 du premier fluide frigorigène vaporisé. La sortie 41 est connectée fluidiquement avec l'entrée 50 du premier condenseur 5 en passant au préalable par le premier économiseur 15 et selon le deuxième mode de réalisation le condenseur complémentaire 5'.
  • Avantageusement, le transformateur de chaleur à absorption 1 comprend entre le premier générateur 4 et le premier absorbeur 3, un second économiseur 16, un premier détendeur 9 et une première pompe à solution 8. Ces composants sont agencés sur un premier circuit fluidique, dit circuit à solution. Le circuit à solution est une portion du circuit fluidique du transformateur dans lequel circule la solution de travail. Le circuit à solution est ce qui remplace le compresseur d'une pompe à chaleur à compresseur en jouant le rôle de compresseur thermochimique. Le second économiseur 16 et le premier détendeur 9 assurent la circulation de la première solution de travail du premier absorbeur 3 vers le premier générateur 4 et inversement le second économiseur 16 et la première pompe à solution 8 assurent la circulation de la première solution de travail entre le premier générateur 4 et le premier absorbeur 3. Plus spécifiquement, la première solution de travail dite riche et la première solution de travail dite pauvre circulent respectivement du premier absorbeur 3 vers le premier générateur 4 en passant par le second économiseur 16 et le premier détendeur 9, et du premier générateur 4 vers le premier absorbeur 3 en passant par la première pompe à solution 9 et le second économiseur 16.
  • Le premier générateur 4 comprend une connexion fluidique avec le premier condenseur 5 sur laquelle est agencé le premier économiseur 15 et selon un deuxième mode de réalisation un condenseur complémentaire 5'. Le premier générateur 4 est ainsi connecté fluidiquement directement au premier économiseur 15 et indirectement au premier condenseur 5, permettant la sortie de la vapeur du premier fluide frigorigène hors du premier générateur 4. Le premier générateur 4 comprend également une entrée et une sortie de source de chaleur 11 permettant l'apport de chaleur nécessaire à la vaporisation du premier fluide frigorigène. Selon l'invention, la source de chaleur 11, ou source chaude, comprend au moins partiellement préférentiellement uniquement de l'énergie fatale à une température de l'ordre de 70 °C minimum, préférentiellement supérieure ou égale à 80 °C.
  • Le transformateur de chaleur à absorption 1 selon l'invention comprend un premier condenseur 5 décrit en détail ci-après.
  • Le premier condenseur 5 est configuré pour condenser la vapeur du premier fluide frigorigène issue du premier générateur 4. La vapeur de fluide frigorigène est refroidie par une source de refroidissement pour être condensée et devenir à nouveau liquide. Selon l'invention, la condensation de la vapeur de fluide frigorigène est réalisée à une pression correspondant à une basse pression.
  • Le premier condenseur 5 est connecté fluidiquement au premier générateur 4 et au premier évaporateur 2. Le premier condenseur 5 comprend une connexion fluidique I, K, issue du premier générateur 4 permettant l'entrée d'un flux de vapeur de fluide frigorigène dans le premier condenseur 5, préférentiellement directement ou au travers d'un rectifieur et/ou d'un premier économiseur 15. Le flux de vapeur de fluide frigorigène arrivant dans le premier condenseur 5 est avantageusement à une pression dite pression basse.
  • Le premier condenseur 5 comprend une entrée 50 du flux de vapeur de fluide frigorigène et une sortie 51 du flux de fluide frigorigène ayant été condensé.
  • Le premier condenseur 5 comprend une connexion fluidique, L, M, N avec le premier évaporateur 2 permettant la sortie du fluide frigorigène à l'état liquide, avantageusement au travers d'une première pompe 7 destinée à amener le fluide frigorigène à sa pression d'évaporation, préférentiellement une pression correspondant à une haute pression. Le premier condenseur 5 comprend également une source de refroidissement constituée au moins partiellement selon l'invention du froid produit par la machine frigorifique à absorption 101. La source de refroidissement est destinée à assurer le refroidissement de la vapeur de fluide frigorigène et ainsi permettre sa condensation au sein du premier condenseur 5.
  • Selon une possibilité non représentée, le transformateur de chaleur à absorption 1 comprend un rectifieur disposé entre le premier générateur 4 et le premier condenseur 5. Le rectifieur permet d'enlever par condensation les traces d'eau entrainées avec le fluide frigorigène en sortie du premier générateur 4 et assure ainsi le bon fonctionnement du transformateur 1. Préférentiellement, le rectifieur est dans ce cas agencé sur la connexion fluidique I assurant la connexion fluidique entre le premier générateur 4 et le premier économiseur 15.
  • Avantageusement, le transformateur de chaleur à absorption 1 comprend un premier économiseur 15 jouant le rôle de préchauffage ou surchauffage. Le premier économiseur 15 est agencé entre le premier condenseur 5 et le premier évaporateur 2. Le premier économiseur 15 est un échangeur thermique agencé sur la connexion fluidique du premier condenseur 5 vers le premier évaporateur 2 et sur la connexion fluidique du premier générateur 4 vers le premier condenseur 5. Ainsi, le fluide frigorigène chauffé sortant du premier générateur 4 traverse le premier économiseur 15 pour transmettre une partie de sa chaleur au fluide frigorigène sortant du premier condenseur 5 permettant ainsi de préchauffer le fluide frigorigène avant son entrée dans le premier évaporateur 2. Le premier économiseur 15 permet de récupérer de l'énergie et donc de réduire la taille du premier condenseur 5 et du premier évaporateur 2 et ainsi d'améliorer de manière notable les performances du transformateur. La pertinence de ce composant est fonction des températures de fonctionnement, la taille du transformateur et le coût des échangeurs.
  • Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 2 par exemple, le transformateur de chaleur 1 comprend un condenseur complémentaire 5' décrit en détail ci-après.
  • Le condenseur complémentaire 5' joue le même rôle que le premier condenseur 5. Le condenseur complémentaire 5' et le premier condenseur 5 sont actifs alternativement.
  • Le condenseur complémentaire 5' est agencé sur le premier circuit fluidique du transformateur de chaleur 1. Le condenseur complémentaire 5' est agencé en aval du générateur 4 et plus précisément en aval du premier économiseur 15 et en amont du premier condenseur 5. Le condenseur complémentaire 5' est agencé avantageusement sur la connexion fluidique K reliant le premier économiseur 15 au premier condenseur 5.
  • Selon le deuxième mode de réalisation, le système est apte à prendre une première configuration, dite hiver ou normale, et une deuxième configuration dite été. Selon une possibilité, le système comprend une unité de commande configurée pour faire passer le système dans la première configuration ou dans la deuxième configuration.
  • Selon le deuxième mode de réalisation, le système comprend une vanne trois voies 115. La vanne trois voies 115 est destiné à contrôler la répartition d'une source froide commune 112 entre le transformateur de chaleur 1, plus précisément le condenseur complémentaire 5', et la machine frigorifique 101, plus précisément le deuxième absorbeur 103 et le deuxième condenseur 105. Le vanne trois voies 115 comprend une première sortie destinée à être connectée fluidiquement au condenseur complémentaire 5', une deuxième sortie destinée à être connectée au deuxième condenseur 105 et au deuxième absorbeur 103 et une entrée pour une source froide commune 112.
  • Avantageusement, l'unité de commande commande la configuration du système en fonction de la température d'une source froide, plus précisément de la source froide commune 112. Préférentiellement, lorsque la source froide commune 112 a une température supérieure à une température de consigne, l'unité de commande commande le système pour qu'il soit dans la deuxième configuration c'est-à-dire que la machine frigorifique fonctionne pour que le deuxième évaporateur 104 joue le rôle de source froide du premier condenseur 5, la source froide commune 112 n'étant pas à une température satisfaisante pour faire fonctionner le transformateur de chaleur 1. Lorsque la source froide commune 112 a une température inférieure à une température de consigne, l'unité de commande commande le système pour qu'il soit dans la première configuration, c'est-à-dire que la machine frigorifique ne fonctionne pas et que le transformateur de chaleur fonctionne. Le transformateur de chaleur 1 fonctionne avec le condenseur complémentaire 5' et sans le premier condenseur 5. La source froide commune 112 est à une température satisfaisante pour le transformateur de chaleur.
  • Dans la première configuration, dite hiver ou normale, seul le transformateur de chaleur 1 fonctionne. Avantageusement, dans cette première configuration, la vanne trois voies est configurée pour ouvrir la première sortie connectée fluidiquement au condenseur complémentaire 5' et pour fermer la deuxième sortie connectée fluidiquement au deuxième condenseur 105 et au deuxième absorbeur 103. La source froide commune alimente uniquement le condenseur complémentaire 5'. L'échange thermique avec la source froide commune 112 ne se fait que dans le condenseur complémentaire 5'. Le condenseur complémentaire 5' est configuré pour condenser la vapeur du premier fluide frigorigène issue du premier générateur 4. La vapeur de fluide frigorigène est refroidie par la source froide commune 112 pour être condensée et devenir à nouveau liquide. Selon l'invention, la condensation de la vapeur de fluide frigorigène est réalisée à une pression correspondant à une basse pression.
  • Le condenseur complémentaire 5' est connecté fluidiquement au premier générateur 4 et au premier évaporateur 2. Le condenseur complémentaire 5' comprend une connexion fluidique I, K, issue du premier générateur 4 permettant l'entrée d'un flux de vapeur de fluide frigorigène dans le condenseur complémentaire 5', préférentiellement directement ou au travers d'un rectifieur et/ou d'un premier économiseur 15. Le flux de vapeur de fluide frigorigène arrivant dans le condenseur complémentaire 5' est avantageusement à une pression dite pression basse.
  • Le condenseur complémentaire 5' comprend une entrée du flux de vapeur de fluide frigorigène et une sortie 51 du flux de fluide frigorigène ayant été condensé.
  • Le condenseur complémentaire 5' comprend une connexion fluidique, avec le premier condenseur 5 au travers duquel circule le flux de fluide frigorigène condensé. Dans le premier condenseur 5, la machine frigorifique n'étant pas en fonctionnement, aucun échange thermique n'est réalisé. Le flux de fluide frigorigène ressort du premier condenseur 5 par les connexions fluidiques L, M, N vers le premier évaporateur 2 permettant la sortie du fluide frigorigène à l'état liquide, avantageusement au travers d'une première pompe 7 destinée à amener le fluide frigorigène à sa pression d'évaporation, préférentiellement une pression correspondant à une haute pression.
  • Dans la deuxième configuration, dite été, le transformateur de chaleur 1 et la machine frigorifique fonctionnent. Avantageusement, dans cette deuxième configuration, la vanne trois voies est configurée pour fermer la première sortie connectée fluidiquement au condenseur complémentaire 5' et pour ouvrir la deuxième sortie connectée fluidiquement au deuxième condenseur 105 et au deuxième absorbeur 103. La source froide commune 112 alimente uniquement le deuxième condenseur 105 et le deuxième absorbeur 103. La source de refroidissement 113 du deuxième condenseur 105 et la source chaude 114 du deuxième absorbeur 103, sont identiques et sont alimentées par la source froide 112 au travers de la vannes trois voies 115. Dans cette deuxième configuration, aucun échange thermique ne se produit dans le condenseur complémentaire 5' qui n'est pas alimenté en source froide. Le flux de fluide frigorigène issu du générateur 4 travers le condenseur complémentaire 5' sans être modifié.
  • Avantageusement, le transformateur de chaleur à absorption 1 comprend une première pompe 7 agencée entre le premier condenseur 5 et le premier évaporateur 2. La première pompe 7 est configurée pour comprimer le fluide frigorigène à l'état liquide issu du premier condenseur 5. La première pompe 7 comprend avantageusement une entrée 70 du flux de fluide frigorigène à l'état liquide préférentiellement à basse pression et une sortie 71 du flux de fluide frigorigène à l'état liquide préférentiellement à haute pression.
  • Le transformateur de chaleur à absorption selon l'invention comprend un premier évaporateur 2 décrit en détail ci-après.
  • Le premier évaporateur 2 est configuré pour vaporiser le fluide frigorigène. Dans ce composant, la pression est élevée et un apport de chaleur à moyenne température est nécessaire pour permettre l'évaporation du frigorigène. Le premier évaporateur 2 est configuré pour fonctionner à une pression choisie dans une gamme des hautes pressions. Plus spécifiquement, le flux de fluide réfrigérant circulant au sein du premier évaporateur 2 présente une pression comprise dans la gamme des hautes pressions.
  • Le premier évaporateur 2 est connecté fluidiquement au premier condenseur 5 et au premier absorbeur 3. Le premier évaporateur 2 comprend une connexion fluidique M, N issue du premier condenseur 5, plus précisément selon le mode de réalisation illustrée issue du premier économiseur 15.
  • Le premier évaporateur 2 comprend une entrée 20 et une sortie 21. L'entrée 20 est connectée fluidiquement à la sortie 51 du premier condenseur 5, plus précisément à la sortie 71 de la première pompe 7 et selon le mode de réalisation illustré à la sortie du premier économiseur 15. La sortie 21 est connectée fluidiquement à une entrée 30 du premier absorbeur 3. Le fluide frigorigène à l'état de vapeur ressort du premier évaporateur 2 et pénètre préférentiellement directement dans le premier absorbeur 3.
  • Le premier évaporateur 2 comprend une connexion fluidique A avec le premier absorbeur 3, permettant la sortie de la vapeur de fluide frigorigène, préférentiellement directement. Le premier évaporateur 2 comprend également une entrée et une sortie d'une source de chaleur 10. Le changement de phase du fluide frigorigène de l'état liquide à l'état vapeur s'accompagne d'une transmission de chaleur de la source chaude 10 au fluide frigorigène. La source chaude 10 transmet des calories et voit ainsi sa température s'abaisser. Selon un mode de réalisation de l'invention, la source chaude 10 est avantageusement la même que la source chaude 11 alimentant le premier générateur 4.
  • Le transformateur de chaleur à absorption 1 selon l'invention comprend un premier absorbeur 3 décrit en détail ci-après.
  • Le premier absorbeur 3 est configuré pour condenser la vapeur de fluide frigorigène issue du premier évaporateur 2.
  • Dans ce composant, la pression est élevée. Le premier absorbeur 3 est configuré pour fonctionner dans une gamme de pression correspondant à la gamme des hautes pressions. Plus spécifiquement, les flux de fluide réfrigérant et de la première solution de travail circulant au sein du premier absorbeur 3 présentent une pression comprise dans la gamme des hautes pressions.
  • Le premier absorbeur comprend une entrée 30, une entrée 32 et une sortie 31.
  • L'entrée 30 est connectée fluidiquement à la sortie 21 du premier évaporateur 2. La vapeur de fluide frigorigène issue du premier évaporateur 2 pénètre dans le premier absorbeur 3 par l'entrée 30.
  • L'entrée 32 connectée fluidiquement à la sortie 42 du premier générateur 4. L'absorbant, ou solution de travail composée d'eau et d'une faible fraction de réfrigérant, également dénommée solution pauvre, issu du premier générateur 4 pénètre dans le premier absorbeur 3 par l'entrée 32 et est distribué le long du premier absorbeur 3. La solution pauvre absorbe la vapeur de réfrigérant qui provient du premier évaporateur 2 et devient une solution enrichie, proche de sa condition saturée.
  • La sortie 31 est connectée fluidiquement à une entrée 40 du premier générateur 4. La solution riche ressort du premier absorbeur 3 par la sortie 31 pour être transmise au premier générateur 4. Le processus d'absorption se produit à haute pression, libérant une quantité de chaleur qui est dissipée vers la source chaude dont on cherche à élever la température.
  • Le premier absorbeur 3 est connecté fluidiquement au premier évaporateur 2 et au premier générateur 4.
  • Le premier absorbeur 3 comprend une connexion fluidique A issue du premier évaporateur 2 permettant l'entrée du fluide frigorigène à l'état de vapeur dans le premier absorbeur 3, préférentiellement directement. Le premier absorbeur 3 comprend une connexion fluidique C, D, E avec le premier générateur 4, plus précisément à un second économiseur 16 et un premier détendeur 9 au travers desquels la première solution de travail dite riche du premier absorbeur 3 est réchauffée et détendue avant d'être transmise au premier générateur 4. La solution de travail, dite riche, sortie du premier absorbeur 3 en direction du premier générateur 4, ressort du second économiseur 16 puis passe, préférentiellement, au travers d'un premier détendeur 9 avant d'atteindre le premier générateur 4. Avantageusement, le second économiseur 16 est un échangeur transmettant de la chaleur de la solution, dite pauvre, issue du premier générateur 4 vers la solution, dite riche, issue du premier absorbeur 3. Le second économiseur 16 permet une récupération d'énergie permettant de réduire la taille du premier absorbeur 3 et du premier générateur 4 et ainsi améliorer de manière notable les performances du transformateur 1.
  • Avantageusement, le premier générateur 4 comprend une connexion fluidique H, G, F, avec le premier absorbeur 3, plus précisément avec une première pompe à solution 8 et avec le deuxième économiseur 16. La connexion fluidique permet l'entrée de la première solution de travail, dite pauvre, issue du premier générateur 4 dans le premier absorbeur 3, préférentiellement, au travers de la première pompe 8 puis du second économiseur 16. Dans le premier absorbeur 3, 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 à chauffer. C'est cette production de chaleur au niveau du premier absorbeur 3 qui est particulièrement recherchée selon l'invention. La source chauffée 14 par le premier absorbeur 3 peut être, selon une possibilité, directement utilisée notamment dans l'industrie. La température de la source chauffée 14 en sortie du premier absorbeur 3 est avantageusement au moins de 80°C, préférentiellement 100°C, voire 120°C.
  • Une machine frigorifique à absorption 101 (MFA) comprend quatre échangeurs principaux, un deuxième évaporateur 102, un deuxième absorbeur 103, un deuxième générateur 104 et un deuxième condenseur 105, et avantageusement d'un à trois échangeurs secondaires.
  • Le rôle des trois échangeurs secondaires est d'améliorer les performances de la machine : un rectifieur (non représenté) agencé entre le deuxième générateur 104 et le deuxième condenseur 105, un deuxième économiseur (non représenté) agencé entre le deuxième condenseur 105 et le deuxième évaporateur 102 pour jouer le rôle de préchauffage et un second économiseur (non représenté) agencé entre le deuxième absorbeur 103 et le deuxième générateur 104 sur le deuxième circuit à solution décrit ci-après.
  • Selon une possibilité, le MFA 101 comprend également au moins une deuxième pompe à solution 108 et un deuxième détendeur 109 également dénommé vanne de détente.
  • Selon l'invention, le MFA 101 comprend un deuxième détendeur 107 agencé entre le deuxième condenseur 105 et le deuxième évaporateur 102.
  • Le fluide frigorigène (ou réfrigérant) de la deuxième solution de travail produit dans le deuxième générateur 104 circule entre la sortie 141 du deuxième générateur 104 et l'entrée 130 du deuxième absorbeur 103 en passant successivement préférentiellement par le deuxième condenseur 105, puis le deuxième évaporateur 102, et le deuxième absorbeur 103, plus précisément dans les connexions fluidiques A', F', I', J'.
  • La solution réfrigérant-absorbant riche en absorbant (haute concentration d'absorbant), mais pauvre en réfrigérant, dénommée couramment solution pauvre, circule du deuxième générateur 104 vers le deuxième absorbeur 103 dans le deuxième circuit à solution, plus précisément dans les connexions fluidiques D', E'. La solution pauvre en absorbant (faible concentration d'absorbant), mais riche en réfrigérant, dénommée couramment solution riche, circule du deuxième absorbeur 103 vers le deuxième générateur 104 dans le deuxième circuit à solution, plus précisément dans les connexions fluidiques B', C'.
  • Ce type de MFA 101 fonctionne selon trois niveaux de température : un niveau de température intermédiaire correspondant à la température de la source de refroidissement 113 circulant au deuxième condenseur 105, préférentiellement la température est dite intermédiaire lorsqu'elle est inférieure ou égale à 45°C, un niveau de température basse correspondant à la température de la source du deuxième évaporateur 102 correspondant avantageusement respectivement à la température d'évaporation du fluide frigorigène dans le deuxième évaporateur 102, préférentiellement la température est dite basse lorsqu'elle est inférieure à 25°C et un niveau de température élevé correspondant à la température de la source chaude 111 circulant dans le deuxième générateur 104 correspondant avantageusement la température de désorption dans le deuxième générateur 104 préférentiellement la température est dite élevée lorsqu'elle est supérieure ou égale à 80°C et inférieure à 100°C.
  • Le deuxième circuit fluidique assure la connexion fluidique des composants du MFA 101. Plus précisément, le deuxième circuit fluidique comprend les différents composants et des connexions fluidiques agencées entre les différents composants.
  • Selon l'invention, le deuxième circuit fluidique assure la connexion fluidique du deuxième générateur 104 au deuxième condenseur 105, puis du deuxième condenseur 105 au deuxième évaporateur 102, puis du deuxième évaporateur 102 au deuxième absorbeur 103 puis du deuxième absorbeur 103 au deuxième générateur 104 puis du deuxième générateur 104 au deuxième absorbeur 103.
  • La machine frigorifique à absorption 101 selon l'invention comprend un deuxième générateur 104 décrit en détail ci-après.
  • Le deuxième générateur 104 est configuré pour vaporiser le deuxième fluide frigorigène. La génération de vapeur de fluide frigorigène est réalisée à une pression correspondant à une haute pression. Le deuxième générateur 104 est ainsi configuré pour fonctionner à une pression correspondant à une haute pression.
  • La deuxième solution de travail dite riche provenant du deuxième absorbeur 3 est chauffée par une source de chaleur 111 du deuxième générateur 104 correspondant avantageusement à une source à valoriser à moyenne température qui traverse le générateur 104. Grâce à cette chaleur, une partie du fluide réfrigérant, par exemple l'ammoniac, contenue dans la solution riche ainsi que des traces d'eau sont désorbées. La deuxième solution de travail appauvrie issue de ce processus retourne au deuxième absorbeur 103, préférentiellement par le deuxième circuit à solution. Le processus de désorption a lieu à haute pression, et requiert une quantité de chaleur. La vapeur de fluide frigorigène produite par le deuxième générateur 104, également parfois dénommée désorbeur, est acheminée vers le deuxième condenseur 105, parfois en passant par un rectifieur, et/ou un économiseur.
  • Le deuxième générateur 104 est connecté fluidiquement au deuxième absorbeur 103 et au deuxième condenseur 105, éventuellement par l'intermédiaire d'un économiseur. Le deuxième générateur 104 comprend avantageusement une entrée 140 de la deuxième solution de travail, préférentiellement une deuxième solution de travail dite riche, en connexion fluidique, préférentiellement indirecte avec le deuxième absorbeur 103, plus précisément avec une sortie 131 du deuxième absorbeur 3, de sorte à alimenter le deuxième générateur 104 en deuxième solution de travail dite riche. Le fluide frigorigène de la deuxième solution de travail riche est alors vaporisé dans le deuxième générateur 104. La deuxième solution de travail dite pauvre repart vers le deuxième absorbeur 103 par une sortie 142. Le deuxième générateur 104 comprend avantageusement une sortie 142 de la deuxième solution de travail préférentiellement une deuxième solution de travail dite pauvre en connexion fluidique, préférentiellement indirecte par un troisième détendeur 109, avec le deuxième absorbeur 103, plus précisément avec l'entrée 132 du deuxième absorbeur 103, de sorte à alimenter le deuxième absorbeur 103 en solution de travail dite pauvre. Le deuxième générateur 104 comprend une sortie 141 du deuxième fluide frigorigène vaporisé. La sortie 141 est connectée fluidiquement avec l'entrée 150 du deuxième condenseur 105 en passant éventuellement par un économiseur.
  • Avantageusement, la machine frigorifique à absorption 101 comprend entre le deuxième générateur 104 et le deuxième absorbeur 103, un autre économiseur, un troisième détendeur 109 et une deuxième pompe à solution 108. Ces composants sont agencés sur un deuxième circuit fluidique dit circuit à solution. Le troisième détendeur 109 assure la circulation de la deuxième solution de travail du deuxième générateur 104 vers le deuxième absorbeur 103 et inversement la deuxième pompe à solution 108 assure la circulation de la deuxième solution de travail depuis le deuxième absorbeur 103 vers le deuxième générateur 104. Plus spécifiquement, la deuxième solution de travail dite riche et la deuxième solution de travail dite pauvre circulent respectivement du deuxième absorbeur 103 vers le deuxième générateur 104 en passant par le troisième détendeur 109 et du deuxième générateur 104 vers le deuxième absorbeur 3 en passant par le troisième détendeur 109.
  • Le deuxième générateur 104 comprend une connexion fluidique F' avec le deuxième condenseur 105. Le deuxième générateur 104 est connecté fluidiquement directement au deuxième condenseur 105, éventuellement par un économiseur, permettant la sortie de la vapeur du deuxième fluide frigorigène hors du deuxième générateur 104. Le deuxième générateur 104 comprend également une entrée et une sortie de source de chaleur 111 permettant l'apport de chaleur nécessaire à la vaporisation du premier fluide frigorigène. Selon l'invention, la source de chaleur 111, ou source chaude, comprend au moins partiellement préférentiellement uniquement de l'énergie fatale à une température de l'ordre de 70 °C minimum, préférentiellement supérieure ou égale à 80 °C.
  • La machine frigorifique à absorption 101 selon l'invention comprend un deuxième condenseur 105 décrit en détail ci-après.
  • Le deuxième condenseur 105 est configuré pour condenser la vapeur de deuxième fluide frigorigène issue du deuxième générateur 104. La vapeur de fluide frigorigène est refroidie par une source de refroidissement 113 pour être condensée et devenir à nouveau liquide. Selon l'invention, la condensation de la vapeur de fluide frigorigène est réalisée à une pression correspondant à une haute pression. Le deuxième condenseur 105 est configuré pour fonctionner à une pression correspondant à une haute pression.
  • Le deuxième condenseur 105 est connecté fluidiquement au deuxième générateur 104 et au deuxième évaporateur 102. Le deuxième condenseur 105 comprend une connexion fluidique F', issue du deuxième générateur 104 permettant l'entrée d'un flux de vapeur de fluide frigorigène dans le deuxième condenseur 105, préférentiellement directement ou au travers d'un rectifieur et/ou d'un économiseur. Le flux de vapeur de fluide frigorigène arrivant dans le deuxième condenseur 105 est avantageusement à une pression dite haute pression.
  • Le deuxième condenseur 105 comprend une entrée 150 du flux de vapeur de fluide frigorigène et une sortie 151 du flux de fluide frigorigène ayant été condensé.
  • Le deuxième condenseur 105 comprend une connexion fluidique, I', J' avec le deuxième évaporateur 102 permettant la sortie du fluide frigorigène à l'état liquide, avantageusement au travers d'un deuxième détendeur 107 destiné à amener le fluide frigorigène à sa pression d'évaporation, préférentiellement une pression correspondant à une basse pression. Le deuxième condenseur 105 comprend également une source de refroidissement 113 constituée au moins partiellement selon l'invention de l'air ambiant. La source de refroidissement 113 présente une température inférieure ou égale à 45°C, préférentiellement inférieure ou égale à 35°C, préférentiellement inférieure ou égale à 25°C. La source de refroidissement 113 est destinée à assurer le refroidissement de la vapeur de fluide frigorigène et ainsi permettre sa condensation au sens du deuxième condenseur 105.
  • Selon une possibilité non représentée, la machine frigorifique à absorption 101 comprend un rectifieur disposé entre le deuxième générateur 104 et le deuxième condenseur 105. Le rectifieur permet d'enlever par condensation les traces d'eau entrainées avec le fluide frigorigène en sortie du deuxième générateur 104 et assure ainsi le bon fonctionnement de la machine 101. Préférentiellement, le rectifieur est dans ce cas agencé sur la connexion fluidique F' assurant la connexion fluidique entre le deuxième générateur 4 et le deuxième condenseur 105.
  • Avantageusement, la machine frigorifique à absorption 1 comprend un deuxième détendeur 107 agencé entre le deuxième condenseur 105 et le deuxième évaporateur 102. Le deuxième détendeur 107 est configuré pour détendre le fluide frigorigène à l'état liquide issu du deuxième condenseur 105. Le deuxième détendeur 107 comprend avantageusement une entrée 170 du flux de fluide frigorigène à l'état liquide à une haute pression et une sortie 171 du flux de fluide frigorigène à l'état liquide à une pression comprise dans la gamme des basses pressions.
  • Avantageusement, la machine frigorifique à absorption 101 comprend un économiseur jouant le rôle de préchauffage ou surchauffage. L'économiseur est agencé entre le deuxième condenseur 105 et le deuxième évaporateur 102. L'économiseur est un échangeur thermique agencé sur la connexion fluidique du deuxième condenseur 105 vers le deuxième évaporateur 102 et sur la connexion fluidique du deuxième générateur 104 vers le deuxième condenseur 105. Ainsi, le fluide frigorigène chauffé sortant du deuxième générateur 4 traverse l'économiseur pour transmettre une partie de sa chaleur au fluide frigorigène sortant du deuxième condenseur 105 permettant ainsi de préchauffer le fluide frigorigène avant son entrée dans le deuxième évaporateur 102. L'économiseur permet de récupérer de l'énergie et donc de réduire la taille du deuxième condenseur 105 et du deuxième évaporateur 102 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 du transformateur et le coût des échangeurs.
  • Le transformateur de chaleur à absorption selon l'invention comprend un premier évaporateur 2 décrit en détail ci-après.
  • Le deuxième évaporateur 102 est configuré pour vaporiser le fluide frigorigène. Dans ce composant, la pression est basse et un apport de chaleur à moyenne température est nécessaire pour permettre l'évaporation du frigorigène. Le deuxième évaporateur 102 est configuré pour fonctionner à une pression choisie dans une gamme des basses pressions. Plus spécifiquement, le flux de fluide réfrigérant circulant au sein du deuxième évaporateur 102 présente une pression comprise dans la gamme des basses pressions.
  • Le deuxième évaporateur 102 comprend une entrée 120 et une sortie 121. L'entrée 120 est connectée fluidiquement à la sortie 151 du premier condenseur 105, plus précisément à la sortie 171 du deuxième détendeur 107. La sortie 121 est connectée fluidiquement à une entrée 130 du deuxième absorbeur 103. Le fluide frigorigène à l'état de vapeur ressort du deuxième évaporateur 102 et pénètre préférentiellement directement dans le deuxième absorbeur 103.
  • Le deuxième évaporateur 102 est connecté fluidiquement au deuxième condenseur 105 et au deuxième absorbeur 103. Le deuxième évaporateur 102 comprend une connexion fluidique I', J' issue du deuxième condenseur 105, plus précisément selon le mode de réalisation illustrée issue du deuxième détendeur 107.
  • Le deuxième évaporateur 102 comprend une connexion fluidique A' avec le deuxième absorbeur 103, permettant la sortie de la vapeur de fluide frigorigène, préférentiellement directement. Le deuxième évaporateur 102 comprend également une entrée et une sortie d'une source de chaleur. Le changement de phase du fluide frigorigène de l'état liquide à l'état vapeur s'accompagne d'une transmission de chaleur de la source chaude au fluide frigorigène. La source chaude transmet des calories et voit ainsi sa température s'abaisser.
  • Selon l'invention, la source chaude est de l'énergie thermique produite par le premier condenseur 5. Le transformateur de chaleur à absorption 1 et la machine frigorifique à absorption 101 sont connectés thermiquement à ce niveau.
  • Le deuxième évaporateur 102 de la machine frigorifique 101 utilise la chaleur émise par le condenseur 5 pour assurer l'évaporation du deuxième réfrigérant. Ce qui permet de refroidir le fluide frigorigène circulant dans le premier condenseur 5 du transformateur de chaleur à absorption 1 et assurer sa condensation. D'une certaine manière, le premier condenseur utilise comme source de refroidissement le froid produit par le deuxième évaporateur 102 de la machine frigorifique 101.
  • La machine frigorifique à absorption 101 permet ainsi d'abaisser le niveau de température d'une source fournie au transformateur de chaleur à absorption 1 et notamment à son premier condenseur 5 à partir d'une source de refroidissement 113 circulant au niveau du deuxième condenseur 105 de la machine 101 qui présente une température supérieure ou égale à 25 °C et préférentiellement inférieure ou égale à 45 °C. La source de refroidissement 113 est préférentiellement de l'air ambiant. Le système selon l'invention permet ainsi de faire fonctionner un transformateur de chaleur à absorption 1 en toute saison et donc de fournir de la chaleur de manière ininterrompue tout au long de l'année avec une très légère perte de performance énergétique globale due à la machine frigorifique à absorption 101.
  • Selon un premier mode de réalisation, le couplage thermique du transformateur 1 et de la machine 101 est réalisé par un circuit fluidique intermédiaire. Ce couplage thermique est défini comme un couplage indirect. Le système comprend un circuit fluidique intermédiaire assurant la connexion thermique entre le premier condenseur 5 et le deuxième évaporateur 102. Le circuit fluidique intermédiaire est configuré pour recevoir un fluide caloporteur. Le circuit fluidique intermédiaire est un circuit fermé indépendant fluidiquement du premier circuit fluidique du transformateur 1 et du deuxième circuit fluidique de la machine 101. Il n'y a pas de circulation de fluide entre le premier circuit fluidique et/ou le deuxième circuit fluidique et/ou le circuit fluidique intermédiaire. Le circuit fluidique intermédiaire comprend principalement deux connexions fluidiques assurant respectivement la circulation du fluide caloporteur du deuxième évaporateur 102 vers le premier condenseur 5 et la circulation du fluide caloporteur du premier condenseur 5 vers le deuxième évaporateur 102. Le circuit fluidique permet d'apporter le fluide caloporteur chaud au deuxième évaporateur 102 ce qui entraine l'évaporation du fluide frigorigène dans le deuxième évaporateur 102, puis le fluide caloporteur refroidi ressort de l'évaporateur 102 et vient dans le premier condenseur 5 assurer la condensation du fluide frigorigène entrainant le réchauffement du fluide caloporteur qui repart vers le deuxième évaporateur 102. À titre d'exemple non limitatif, le deuxième évaporateur 102 et le premier condenseur 105 sont des échangeurs à plaques ou bien des échangeurs classiquement utilisés dans les machines et transformateur à absorption comprenant une pulvérisation du fluide caloporteur dans une enceinte au sein de laquelle est agencé un tube dans lequel circule soit le premier réfrigérant, soit le deuxième réfrigérant.
  • Selon un deuxième mode de réalisation, le couplage thermique du transformateur 1 et de la machine 101 est réalisé au sein d'un échangeur à plaques. Ce couplage thermique est défini comme un couplage direct. Le premier condenseur 5 et le deuxième évaporateur 102 sont réunis dans un seul et même échangeur à plaques dans lequel circulent à la fois le premier réfrigérant et le deuxième réfrigérant de sorte à assurer un couplage thermique sans connexion fluidique. Le fluide frigorigène entrant dans le deuxième évaporateur 102 est à l'état liquide plus froid que le fluide frigorigène entrant dans le premier condenseur 5 qui est à l'état de vapeur. Ainsi, le fluide frigorigène du premier condenseur 5 transmet ses calories au fluide frigorigène du deuxième évaporateur permettant la condensation du fluide frigorigène dans le premier condenseur 5 et l'évaporation du fluide frigorigène dans le deuxième évaporateur 102.
  • La machine frigorifique à absorption 101 selon l'invention comprend un deuxième absorbeur 103 décrit en détail ci-après.
  • Le deuxième absorbeur 103 est configuré pour condenser la vapeur de fluide frigorigène issue du deuxième évaporateur 102.
  • Dans ce composant, la pression est faible. Le deuxième absorbeur 103 est configuré pour fonctionner dans une gamme de pression correspondant à la gamme des basses pressions. Plus spécifiquement, les flux de fluide réfrigérant et de la deuxième solution de travail circulant au sein du deuxième absorbeur 103 présentent une pression comprise dans la gamme des basses pressions.
  • Le deuxième absorbeur 103 comprend une entrée 130, une entrée 132 et une sortie 131.
  • L'entrée 130 est connectée fluidiquement à la sortie 121 du deuxième évaporateur 102. La vapeur de fluide frigorigène issue du deuxième évaporateur 102 pénètre dans le deuxième absorbeur 103 par l'entrée 130.
  • L'entrée 132 connectée fluidiquement à la sortie 142 du deuxième générateur 104. L'absorbant, ou solution de travail composé d'eau et d'une faible fraction de réfrigérant, également dénommée solution pauvre, issu du deuxième générateur 104 pénètre dans le deuxième absorbeur 103 par l'entrée 132 et est distribué le long du deuxième absorbeur 103. La solution pauvre absorbe la vapeur de réfrigérant qui provient du deuxième évaporateur 102 et devient une solution enrichie, proche de sa condition saturée.
  • La sortie 131 connectée fluidiquement à une entrée 140 du deuxième générateur 4. La solution riche ressort du deuxième absorbeur 103 par la sortie 131 pour être transmise au deuxième générateur 104. Le processus d'absorption se produit à basse pression, libérant une quantité de chaleur qui est dissipée vers la source chaude 114.
  • Le deuxième absorbeur 103 est connecté fluidiquement au deuxième évaporateur 102 et au deuxième générateur 104. Le deuxième absorbeur 103 comprend une connexion fluidique A' issue du deuxième évaporateur 2 permettant l'entrée du fluide frigorigène à l'état de vapeur dans le deuxième absorbeur 103, préférentiellement directement. Le deuxième absorbeur 103 comprend une connexion fluidique B', C' avec le deuxième générateur 104, éventuellement avec économiseur au travers duquel la première solution de travail dite riche du deuxième absorbeur 103 est réchauffée avant d'être transmise au deuxième générateur 104. Puis, la solution de travail, dite riche, sortie du deuxième absorbeur 103 en direction du deuxième générateur 104, passe, préférentiellement, au travers d'une deuxième pompe à solution 108 avant d'atteindre le deuxième générateur 104. Avantageusement, l'économiseur est un échangeur transmettant de la chaleur de la solution, dite pauvre, issue du deuxième générateur 104 vers la solution, dite riche, issue du deuxième absorbeur 103. L'économiseur permet une récupération d'énergie permettant de réduire la taille du deuxième absorbeur 103 et du deuxième générateur 104 et ainsi améliorer de manière notable les performances de la machine 101. Avantageusement, le deuxième générateur 104 comprend une connexion fluidique D', E', avec le deuxième absorbeur 103, plus précisément avec un troisième détendeur 109. La connexion fluidique permet l'entrée de la deuxième solution de travail, dite pauvre, issue du deuxième générateur 104 dans le deuxième absorbeur 3, préférentiellement, au travers du troisième détendeur 109 puis éventuellement de l'économiseur 16. Dans le deuxième absorbeur 103, 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 114. La source de chaleur 114 est avantageusement identique à la source de chaleur 113.
  • Selon un mode de réalisation, le système comprend au moins un organe de commande (non représenté).
  • Selon une préférence, le système comprend une unité de commande configurée pour commander le au moins un organe de commande. Avantageusement, le système comprend divers capteurs de températures et/ou pressions et/ou débit répartis sur les circuits fluidiques, que ce soit sur les composants ou sur les connexions fluidiques. Avantageusement, les divers capteurs sont reliés à l'unité de commande est permettent préférentiellement d'optimiser le contrôle de l'au moins un organe de commande en fonction des différentes données de pression et/ou température et/ou débit et/ou besoins de chaleur au niveau de la source chauffée 14.
  • L'unité de commande est notamment figurée pour commander la mise en route ou l'arrêt de la machine frigorifique à absorption en fonction notamment des besoins de chaleur au niveau de la source chauffée 14 et de la température de la source de refroidissement 113.
  • Le circuit fluidique du transformateur 1 comprend une connexion fluidique A assurant la connexion fluidique du premier évaporateur 2 vers le premier absorbeur 3, préférentiellement directement, plus précisément de la sortie 21 du premier évaporateur 2 à l'entrée 30 du premier absorbeur 3. La connexion fluidique A assure la circulation d'au moins une partie du flux de fluide réfrigérant à l'état gazeux et à une première pression correspondant à une haute pression depuis le premier évaporateur 2 jusqu'au premier absorbeur 3.
  • Le circuit fluidique du transformateur 1 comprend une connexion fluidique C assurant la connexion fluidique du premier absorbeur 3 vers le deuxième économiseur 16, préférentiellement directement, plus précisément de la sortie 31 du premier absorbeur 3 à l'entrée du deuxième économiseur 16. La connexion fluidique C assure la circulation du flux d'une solution de travail, dite riche, et à une troisième pression correspondant à une haute pression depuis le premier absorbeur 3 en direction du premier générateur 4.
  • Le circuit fluidique du transformateur 1 comprend une connexion fluidique D assurant la connexion fluidique du deuxième économiseur 16, préférentiellement directement, vers un premier détendeur 9. La connexion fluidique D assure la circulation du flux de la solution de travail dite riche, refroidie après son passage dans le deuxième économiseur 16et à une pression correspondant à une haute pression depuis le deuxième économiseur 16 en direction du premier générateur 4.
  • Le circuit fluidique du transformateur 1 comprend une connexion fluidique E assurant la connexion fluidique du premier détendeur 9, préférentiellement directement, vers le premier générateur 4, plus précisément vers l'entrée 40 du premier générateur 4. La connexion fluidique E assure la circulation du flux de la solution de travail riche réchauffée et à une pression correspondant à une basse pression depuis le premier détendeur 9 vers le premier générateur 4.
  • Le premier détendeur 9 assure une diminution de la pression du flux de la solution de travail riche avant son entrée dans le premier générateur 4.
  • Le circuit fluidique du transformateur 1 comprend une connexion fluidique F assurant la connexion fluidique du premier générateur 4, plus précisément la sortie 42 du premier générateur 4, préférentiellement directement, vers une première pompe à solution 8. La connexion fluidique F assure la circulation du flux de la solution de travail pauvre et à une pression correspondant à une basse pression depuis le premier générateur 4 en direction du premier absorbeur 3.
  • Le circuit fluidique du transformateur 1 comprend une connexion fluidique G assurant la connexion fluidique de la première pompe à solution 8, préférentiellement directement, vers le deuxième économiseur 16. La connexion fluidique G assure la circulation du flux de la solution de travail pauvre et à une pression correspondant à une haute pression depuis la première pompe à solution 8 en direction du premier absorbeur 3.
  • La première pompe à solution 8 assure une compression de la solution de travail et donc une augmentation de la pression du flux de la solution de travail pauvre avant son entrée dans le premier absorbeur 3.
  • Le circuit fluidique du transformateur 1 comprend une connexion fluidique H assurant la connexion fluidique du deuxième économiseur 16, préférentiellement directement, vers le premier absorbeur 3. La connexion fluidique H assure la circulation du flux de la solution de travail pauvre et réchauffée après son passage dans le deuxième économiseur 16et à une pression correspondant à une haute pression depuis le deuxième économiseur 16 vers le premier absorbeur 3.
  • Le circuit fluidique du transformateur 1 comprend une connexion fluidique I assurant la connexion fluidique du premier générateur 4, plus précisément de la sortie 41 du premier générateur 4 vers le premier économiseur 15. La connexion fluidique I assure la circulation du flux du fluide réfrigérant à l'état gazeux et à une pression correspondant à une basse pression, issu du premier générateur 4 en direction du premier condenseur 5 en passant par le premier économiseur 15.
  • Le circuit fluidique du transformateur 1 comprend une connexion fluidique J assurant la connexion fluidique du premier économiseur 15, préférentiellement directement vers le premier condenseur 5, plus précisément l'entrée 50 du premier condenseur 5. La connexion fluidique J assure la circulation du flux du fluide réfrigérant à l'état gazeux refroidi après son passage dans le premier économiseur 15 et à une pression correspondant à une basse pression, issu du premier économiseur 15 vers le premier condenseur 5.
  • Le circuit fluidique du transformateur 1 comprend une connexion fluidique L assurant la connexion fluidique du premier condenseur 5, plus précisément la sortie 51 du premier condenseur 5, préférentiellement directement à une première pompe 7, en direction du premier évaporateur 2. La connexion fluidique L assure la circulation du flux du fluide réfrigérant à l'état liquide et à une pression correspondant à une basse pression, issu du premier condenseur 5 vers la première pompe 7.
  • Le circuit fluidique du transformateur 1 comprend une connexion fluidique M assurant la connexion fluidique de la première pompe 7 au premier évaporateur 2 et préférentiellement en passant par le premier économiseur 15. La connexion fluidique M assure la circulation du fluide réfrigérant à l'état liquide et à une pression correspondant à une haute pression, issu de la première pompe 7 vers le premier économiseur 15.
  • La première pompe 7 assure une compression du fluide réfrigérant à l'état liquide et donc une augmentation de la pression du flux du fluide réfrigérant à l'état liquide avant son entrée dans le premier évaporateur 2.
  • Le circuit fluidique du transformateur 1 comprend une connexion fluidique N assurant la connexion fluidique du premier économiseur 15 au premier évaporateur 2, préférentiellement directement et plus précisément à l'entrée 20 du premier évaporateur 2. La connexion fluidique N assure la circulation du fluide réfrigérant à l'état liquide réchauffé après son passage dans le premier économiseur 15 et à une pression correspondant à une haute pression issue du premier économiseur 15 vers le premier évaporateur 2.
  • Les pressions hautes peuvent être ou non identiques, mais correspondent toutes à des hautes pressions.
  • Les basses pressions peuvent être ou non identiques, mais correspondent toutes à des basses pressions.
  • Le circuit fluidique de la machine 101 comprend une connexion fluidique A' assurant la connexion fluidique du deuxième évaporateur 102 vers le deuxième absorbeur 103, préférentiellement directement, plus précisément de la sortie 121 du deuxième évaporateur 102 à l'entrée 130 du deuxième absorbeur 103. La connexion fluidique A assure la circulation d'au moins une partie du flux de fluide réfrigérant à l'état gazeux et à une pression correspondant à une basse pression depuis le deuxième évaporateur 102 jusqu'au deuxième absorbeur 103.
  • Le circuit fluidique de la machine 101 comprend une connexion fluidique B' assurant la connexion fluidique du deuxième absorbeur 103, préférentiellement directement, plus précisément de la sortie 131 du deuxième absorbeur 103 vers la deuxième pompe à solution 108. La connexion fluidique B' assure la circulation du flux de la solution de travail dite riche, et à une pression correspondant à une basse pression depuis le deuxième absorbeur 103 vers la deuxième pompe à solution 108 en direction du deuxième générateur 104.
  • Le circuit fluidique de la machine 101 comprend une connexion fluidique C' assurant la connexion fluidique de la deuxième pompe à solution 108, préférentiellement directement, vers le deuxième générateur 104, plus précisément vers l'entrée 140 du deuxième générateur 4. La connexion fluidique C' assure la circulation du flux de la solution de travail riche et à une pression correspondant à une haute pression depuis la deuxième pompe à solution 108 vers le deuxième générateur 104.
  • La deuxième pompe à solution 108 assure une compression de la solution de travail et donc une augmentation de la pression du flux de la solution de travail riche avant son entrée dans le deuxième générateur 104.
  • Le circuit fluidique de la machine 101 comprend une connexion fluidique D' assurant la connexion fluidique du deuxième générateur 104, plus précisément la sortie 142 du deuxième générateur 104, préférentiellement directement, vers un troisième détendeur 109. La connexion fluidique F assure la circulation du flux de la solution de travail pauvre et à une pression correspondant à une haute pression depuis le deuxième générateur 104 vers un troisième détendeur 109 en direction du deuxième absorbeur 103.
  • Le circuit fluidique de la machine 101 comprend une connexion fluidique E' assurant la connexion fluidique du troisième détendeur 109, préférentiellement directement, vers le deuxième absorbeur 103. La connexion fluidique E' assure la circulation du flux de la solution de travail pauvre et à une pression correspondant à une basse pression depuis le troisième détendeur 109 en direction du deuxième absorbeur 103.
  • Le troisième détendeur 109 assure une diminution de la pression du flux de la solution de travail pauvre avant son entrée dans le deuxième absorbeur 103.
  • Le circuit fluidique de la machine 101 comprend une connexion fluidique F' assurant la connexion fluidique du deuxième générateur 104, plus précisément de la sortie 141 du deuxième générateur 104 vers le deuxième condenseur 105, plus précisément l'entrée 150 du deuxième condenseur 105. La connexion fluidique F' assure la circulation du flux du fluide réfrigérant à l'état gazeux et à une pression correspondant à une haute pression, issu du deuxième générateur 104 vers le deuxième condenseur 105.
  • Le circuit fluidique de la machine 101 comprend une connexion fluidique I' assurant la connexion fluidique du premier condenseur 5, plus précisément la sortie 151 du deuxième condenseur 105, préférentiellement directement à un deuxième détendeur 107, en direction du deuxième évaporateur 102. La connexion fluidique I' assure la circulation du flux du fluide réfrigérant à l'état liquide et à une pression correspondant à une haute pression, issu du deuxième condenseur 105 vers le deuxième détendeur 107.
  • Le circuit fluidique de la machine 101 comprend une connexion fluidique J' assurant la connexion fluidique du deuxième détendeur 107 au deuxième évaporateur 102. La connexion fluidique J' assure la circulation du fluide réfrigérant à l'état liquide et à une pression correspondant à une basse pression, issu du deuxième détendeur 107 vers le deuxième évaporateur 102.
  • Le deuxième détendeur 107 assure une détente du fluide réfrigérant à l'état liquide et donc une baisse de la pression du flux du fluide réfrigérant à l'état liquide avant son entrée dans le deuxième évaporateur 102.
  • Le système présent l'avantage de ne pas nécessiter de source de chaleur ou de froid supplémentaire, Le couplage de la machine frigorifique ne nécessite pas de mettre en oeuvre des sources de chaleur ou de froid différentes ou supplémentaire du transformateur de chaleur pour son fonctionnement.
  • Selon une possibilité, le système comprend un organe de régulation de la pression et notamment la pression du réfrigérant dans le deuxième évaporateur 104 de la machine frigorifique est régulée en fonction de la température ambiante, plus généralement de la température de la source de froide commune 112, afin de maintenir une température de condensation optimale du réfrigérant dans le premier condenseur 5 du transformateur de chaleur (entre 10°C-25°C) afin de maximiser la performance globale du couplage du système.
  • Les pressions hautes peuvent être ou non identiques, mais correspondent toutes à des hautes pressions.
  • Les basses pressions peuvent être ou non identiques, mais correspondent toutes à des basses pressions.
  • Avantageusement, une basse pression est inférieure ou égale à 1000 KPa, voir 900 KPa, une haute pression est supérieure ou égale à 2000 KPa, voir 2500 KPa.
  • Exemple : Évaluation des performances d'un système selon l'invention en conditions estivales.
  • Pour une température moyenne de chaleur fatale à valoriser de 80°C, c'est-à-dire une source de chaleur 10, 11,111 présentant une température de l'ordre de 80 °C, une température chaude à l'entrée de l'absorbeur de 100°C, c'est-à-dire une source à chauffer présentant une température de l'ordre de 100 °C et une température extérieure de 35°C, c'est-à-dire une source de refroidissement 113 et 114 présentant une température de l'ordre de 35 °C.
  • TCA simple (état de la technique sans machine frigorifique absorption) :
    • COP_th=0,20
    • COP_elec=2,6
    • ΔT abs=0,4°C
    Système selon la figure 1
    • COP_th=0,27
    • COP_elec=15,4
    • ΔT_abs=11,2 °C
  • Les résultats de ce modèle montrent que le couplage du transformateur avec une machine frigorifique absorption permet d'améliorer le COP_elec de la machine d'un facteur 7 (dans la configuration TCA, seule l'énergie électrique est une source de dépense) et le COP_th de 0,2 à 0,27. Le point le plus important à noter est la différence de température de la source à chauffer entre l'entrée et la sortie de la source chauffée 14 de l'absorbeur 3, ΔT_abs, qui passe de 0,4 à 11°C. C'est le facteur le plus important de justification de l'utilisation d'un éjecteur dans le TCA car cette différence de température dicte la possibilité ou non de valoriser la source chaude par un nouveau procédé industriel. Une différence de 0,4°C n'est pas suffisante pour alimenter un procédé industriel alors qu'une différence de 11°C peut alimenter de nombreux procédés industriels ou des réseaux de chaleur.
    • LISTE DES REFERENCES
    • 1. Transformateur de chaleur
    • 2. Premier Évaporateur
    • 3. Premier Absorbeur
    • 4. Premier Générateur
    • 5. Premier Condenseur
    • 5'. Condenseur Complémentaire
    • 7. Première Pompe
    • 8. Première Pompe à solution
    • 9. Premier Détendeur
    • 10. Source chaude du premier évaporateur
    • 11. Source chaude du premier générateur
    • 12. Source de refroidissement du condenseur complémentaire
    • 14. Source chauffée
    • 15. Premier économiseur
    • 16. Second économiseur
    • 20. Entrée dans le premier évaporateur
    • 21. Sortie du premier évaporateur
    • 30. Entrée dans le premier absorbeur
    • 31. Sortie du premier absorbeur
    • 32. Seconde entrée dans le premier absorbeur
    • 40. Entrée dans le premier générateur
    • 41. Sortie du premier générateur
    • 42. Seconde Sortie du premier générateur
    • 50. Entrée dans le premier condenseur
    • 51. Sortie du premier condenseur
    • 70. Entrée dans la première pompe
    • 71. Sortie de la première pompe
    • 80. Entrée dans la première pompe à solution
    • 81. Sortie de la première pompe à solution
    • 90. Entrée dans le premier détendeur
    • 91. Sortie du premier détendeur
    • 101.Machine frigorifique à absorption de chaleur
    • 102. Deuxième Évaporateur
    • 103. Deuxième Absorbeur
    • 104. Deuxième Générateur
    • 105. Deuxième Condenseur
    • 107. Deuxième Détendeur
    • 108. Deuxième Pompe à solution
    • 109. Troisième Détendeur
    • 111. Source chaude deuxième générateur
    • 112. Arrivée commune de source de refroidissement de la machine frigorifique
    • 113. Source de refroidissement du deuxième condenseur
    • 114. Source chaude du deuxième absorbeur
    • 115. Vanne trois voies
    • 120. Entrée dans le deuxième évaporateur
    • 121. Sortie du deuxième évaporateur
    • 130. Entrée dans le deuxième absorbeur
    • 131. Sortie du deuxième absorbeur
    • 132. Seconde Entrée dans le deuxième absorbeur
    • 140. Entrée dans le deuxième générateur
    • 141. Sortie du deuxième générateur
    • 142. Seconde Sortie du deuxième générateur
    • 150. Entrée dans le deuxième condenseur
    • 151. Sortie du deuxième condenseur
    • 170. Entrée dans le deuxième détendeur
    • 171. Sortie du deuxième détendeur
    • 180. Entrée dans la deuxième pompe à solution
    • 181. Sortie de la deuxième pompe à solution
    • 190. Entrée dans le troisième détendeur
    • 191. Sortie du troisième détendeur

Claims (10)

  1. Système de production de chaleur comprenant un transformateur de chaleur à absorption (1), destiné à la production de chaleur, comprenant un premier circuit fluidique recevant une première solution de travail formée d'un couple premier réfrigérant/ premier absorbant et comprenant successivement en connexion fluidique: un premier évaporateur (2) fonctionnant à haute pression, un premier absorbeur (3) fonctionnant à haute pression et destiné à la production de chaleur haute température, un premier générateur (4) fonctionnant à basse pression et un premier condenseur (5) fonctionnant à basse pression, le circuit fluidique comprend une première pompe agencée entre le premier condenseur et le premier évaporateur, une première pompe à solution agencée entre le premier générateur et le premier absorbeur, et un premier détendeur agencé en parallèle de la première pompe à solution entre le premier absorbeur et le deuxième générateur,
    Caractérisé en ce que
    le système (1) comprend une machine frigorifique à absorption (101) comprenant un deuxième circuit fluidique recevant une deuxième solution de travail formée d'un couple premier réfrigérant/ premier absorbant et comprenant successivement en connexion fluidique: un deuxième évaporateur (102) fonctionnant à basse pression et destiné à la production de froid, un deuxième absorbeur (103) fonctionnant à basse pression, un deuxième générateur (104) fonctionnant à haute pression et un deuxième condenseur (105) fonctionnant à haute pression, et
    le premier condenseur (105) et le deuxième évaporateur (102) étant couplés thermiquement l'un à l'autre dans un échangeur à plaque configuré pour recevoir le deuxième réfrigérant et le premier réfrigérant.
  2. Système selon la revendication 1 comprenant un condenseur complémentaire (5') agencé sur le premier circuit fluidique en amont du premier condenseur (5) et en aval du premier générateur (4) et une vanne trois voies (115) comprenant une première sortie connectée fluidiquement au condenseur complémentaire (5'), une deuxième sortie connectée fluidiquement au deuxième condenseur (105) et au deuxième absorbeur (103) et à une arrivée connectée fluidiquement à une source froide commune (112) destinée à alimenter le condenseur complémentaire (5'), le deuxième condenseur (105) et le deuxième absorbeur (103).
  3. Système selon la revendication précédente dans lequel la vanne trois voies (115) est configuré pour prendre deux configurations alternatives :
    - une première configuration, dite hiver, dans laquelle la première sortie de la vanne trois voies (115) est ouverte assurant l'alimentation du condenseur complémentaire (5') en source froide (12) et la deuxième sortie de la vanne trois voies (115) est fermée empêchant l'alimentation du deuxième condenseur (105) et du deuxième absorbeur (103) en source froide (113 -114), seul le transformateur de chaleur à absorption étant en fonctionnement,
    - une deuxième configuration, dite été, dans laquelle la première sortie de la vanne trois voies (115) est fermée empêchant l'alimentation du condenseur complémentaire (5') en source froide (12) et la deuxième sortie de la vanne trois voies (115) est ouverte assurant l'alimentation du deuxième condenseur (105) et du deuxième absorbeur (103) en source froide (113 -114), sle transformateur de chaleur à absorption et la machine frigorifique étant en fonctionnement.
  4. Système selon l'une quelconque des deux revendications précédentes comprenant une unité de commande destinée à commander la vanne trois voies, en fonction d'une température d'une source froide commune (112), lorsque la température de la source froide commune (112) est inférieure à une température de consigne, la vanne trois voies est dans la première configuration dite hiver et lorsque la température de la source froide commune (112) est supérieure à une température de consigne, la vanne trois voies est dans la deuxième configuration dite été.
  5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique sont respectivement des circuits fermés indépendants fluidiquement.
  6. Procédé de production de chaleur par un système de chaleur à absorption (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le deuxième évaporateur (102) forme la source de refroidissement du premier condenseur (5).
  7. Procédé selon la revendication précédente dans lequel le deuxième réfrigérant et le premier réfrigérant circulent dans un échangeur à plaque jouant le rôle du deuxième évaporateur (102) et du premier condenseur (5).
  8. Procédé selon l'une quelconque des deux revendications précédentes dans lequel le deuxième condenseur (105) reçoit une source de refroidissement (113) destinée à assurer le refroidissement au sein du deuxième condenseur (105), la source de refroidissement (113) étant à une température maximale est inférieure ou égale à 45 °C.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant
    • une première configuration, dite hiver, dans laquelle la première sortie de la vanne trois voies (115) est ouverte assurant l'alimentation du condenseur complémentaire (5') en source froide (12) et la deuxième sortie de la vanne trois voies (115) est fermée empêchant l'alimentation du deuxième condenseur (105) et du deuxième absorbeur (103) en source froide (113 - 114), seul le transformateur de chaleur à absorption étant en fonctionnement,
    • une deuxième configuration, dite été, dans laquelle la première sortie de la vanne trois voies (115) est fermée empêchant l'alimentation du condenseur complémentaire (5') en source froide (12) et la deuxième sortie de la vanne trois voies (115) est ouverte assurant l'alimentation du deuxième condenseur (105) et du deuxième absorbeur (103) en source froide (113 -114), sle transformateur de chaleur à absorption et la machine frigorifique étant en fonctionnement.
  10. Procédé selon la revendication précédente dans lequel une unité de commande commande la vanne trois voies (115), en fonction d'une température d'une source froide commune (112), lorsque la température de la source froide commune (112) est inférieure à une température de consigne, l'unité de commande commande la vanne trois voies (115) pour qu'elle soit dans la première configuration, dite hiver, et lorsque la température de la source froide commune (112) est supérieure à une température de consigne, l'unité de commande commande la vanne trois voies (115) pour qu'elle soit dans la deuxième configuration dite été.
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