Brevet FR2572793A1 — publié le 19860509

La présente invention concerne une machine h absorp- tion et plus particulièrement une machine de réfrigéra- tion/pompe à chaleur à absorption, à désorbeur-résorbeur, à effet variable, machine qui utilise deux générateurs, deux absorbeurs, un condenseur, un évaporateur et une paire de désorbeur/résorbeur intermédiaires. Des systèmes de réfrigération à absorption et à simple effet sont bien connus dans la technique. Dans un s>stème à absorption typique à simple effet l'eau constitue généralement le fluide frigorigène tandis que du bromure de lithium forme généralement l'absorbant, et tous les deux sont appelés une paire de solutions.Certains systèmes utili- sent des paires de solutions à haute température qui sont capables de fonctionner aux températures plus élevées du générateur afin d'augmenter le rendement et mais ne peuvent fonctionner aux températures plus basses de l'évaporateur par suite de la possibilité de congélation et de cristalli- sation du fluide frigorigène. Par ailleurs d'autres systèmes chimiques qui sont suceptibles de pouvoir fonctionner aux basses températures de l'évaporateur et même à des tempé- ratures inférieures au point de congélation de l'eau, ne peuvent pas fonctionner' aux températures élevées du généra- teur, lesquelles sont la conséquence d'une basse température de l'évaporateur, sans entraîner des problèmes de stabilité. Par conséquent un système h simple effet est généralement limité dans le choix des températures de fonctionement haute et basse respectivement dans le générateur et dans l'évaporateur. Les cycles d'absorption du type à simple effet com- "1 prennent généralement un générateur pour chauffer une solu- tion d'absorbant pauvre ou relativement diluée, afin de pro- duire à la fois une vapeur du fluide frigorigène et une solution de l'absorbant riche ou relativement concentrée, un condenseur pour condenser la vapeur du fluide frigorigène, t)5 un évaporateur pour évaporer le fluide frigorigène condensé, afin de provoquer un refroidissement, et un absorbeur pour absorber, dans la solution d'absorbant riche, la vapeur de fluide frioorigqène provenant de l'évaporateur, afin de for- mer une solution pauvre. Cependant le rendement thermique (coefficient de performance ou CDP)dans un système à absorp- tion du type à simple effet est relativement bas et habi- tuellement de l'ordre de 0,6 à 0,8. Par conséquent dans le but d'accroître le rendement thermique des cycles d'absorp- tion, on a déjà développé des unités h absorption du type à deux étages de générateur dans lesquelles un générateur additionnel du côté basse température et un condenseur ont été prévus additionnellement dans le réfrigérateur à absorp- tion du type à simple effet, de telle façon que la vapeur à haute température du fluide frigorigène produite dans un premier générateur du côté haute température soit utilisée pour chauffer un second générateur ou générateur du côté basse température. En général une unité à absorption du type à deux étages de générateur comprend un générateur à haute température, un générateur à basse température, un conden- seur à température haute et basse, un évaporateur, un absor- beur, un échangeur de chaleur à haute température et un échangeur de chaleur à basse température. Dans le générateur à haute température un fluide frigorigène mis en solution, telle qu'une solution-aqueuse de bromure de lithium, est chauffé par un dispositif de chauffaqe, afin d'évacuer le fluide frigorigène dissous sous la forme de vapeur. En ou- tre, dans une forme d'exécution, la vapeur de fluide frigo- rigéne évacuée est transmise à travers un faisceau tubulai- re de transfert de chaleur, vers le générateur à basse tem- pérature afin de chauffer la solution pauvre fournie à partir de l'absorbeur, et tandis que le fluide frigorigène se trouvant dans la solution pauvre se dégage de celle-ci sous la forme de vapeur, la vapeur provenant de la solution riche est refroidie par la chaleur latente de vaporisation et elle est condensée pratiquement en totalité avant de pénétrer dans le condenseur. La vapeur de fluide frigorigène produite dans le générateur à basse température est fournie au condenseur et elle est refroidie par le dispositif de réfrigération de celui-ci puis condensée. Ce fluide frigori- gène condensé est généralement pulvérisé dans l'évaporateur de manière à refroidir le dispositif à fluide qui refroidit une charge. En. outre la solution qui a été concentrée par le dégagement de la vapeur du fluide frigorigène dans le géné- rateur à haute température, est fournie à l'échangeur de chaleur à haute température, en étant en relation d'échange thermique avec la solution pauvre h basse température four- nie à partir du générateur à basse température, en abais- sant ainsi d'une manière appropriée sa température, puis elle est fournie à l'échangeur de chaleur à basse tempéra- ture, en étant-en relation d'échange thermique avec la solu- tion pauvre obtenue à partir de l'absorbeur. Ensuite la solution s'écoule vers l'absorbeur qui est refroidi par le dispositif de réfrigération. Ainsi la solution pulvérisée dans l'absorbeur absorbe la vapeur du fluide frigorigène obtenue à partir de l'évaporateur et fournit uhe solution pauvre. Cette solution est dirigée vers l'échangeur de cha-. leur à basse température comme il a été décrit ci-dessus.-- De cette façon le réfrigérateur à absorption du type à deux étages de générateur est agencé de telle façon que la chaleur externe fournie soit utilisée deux fois, à savoir une-fois dans le générateur à haute température et une autre fois dans le générateur à basse température, et ainsi le rendement thermique est accru comparativement au système du type à simple effet. La présente invention concerne un cycle amélioré de réfrigération/pompe à chaleur à absorption, à désorbeur-ré- sorbeur,à effet variable,qui utilise une paire étagée de gé- nérateurs et d'ab-sorbeurs,avec un évaporateur, un condenseur et une paire intermédiaire de désorbeur/résorbeur. La boucle fonctionne à cinq températures dans-une' gamme de températu- res et à trois pressions dans une gamme de pressions. Dans une forme d'exécution préférée, la solution riche provenant du générateur à haute température qui est chauffée à partir d'une source externe telle que gaz ou vapeur, s'écoule à travers un échangeur de chaleur à haute température, en direction d'un absorbeur ou résorbeur à température intermédiaire, puis h travers un échangeur de chaleur b bosse température, en direction d'un absorbeur à haute température. Le fluide frigorigène vaporisé à partie du générateur à haute température se combine, dans le condenseur, avec la vapeur de fluide frigorigène provenant du générateur à basse température, puis ce fluide s'écoule, après condensation, en direction de l'évaporateur et ensuite vers les absorbeurs à haute et basse températures. Le géné- rateur à basse température est chauffé au moyen de la cha- leur évacuée à partir du résorbeur intermédiaire. La solu- tion pauvre provenant des absorbeurs à haute et basse tempé- ratures est pompée, en étant en relation d'échange thermi- que à travers l'échangeur de chaleur à basse température, en direction du désorbeur à température intermédiaire. Une partie de la vapeur s'évapore de la solution pauvre dans le désorbeur et passe à travers une vanne de commande variable, en direction du résorbeur o elle est absorbée. La solution dans le désorbeur est pompée, à travers l'échangeur de chaleur à haute température, en direction du générateur basse température. Par conséquent un but de la présente invention est de fournir un système de réfrigération/pompe à chaleur à absorption qui soit capable de fonctionner à des températu- res du générateur et de' l'évaporateur bien en dessous des cycles antérieurs, sans compromettre le rendement élevé des hautes températures de l'évaporateur et du générateur. Un autre but de la présente invention est de prévoir une vanne de commande entre le désorbeur et le résorbeur afin de faire varier la quantité de vapeur de fluide réfri- gérants s'écoulant entre eux, pour une adaptation à la charge. On décrira ci-après,à titre d'exemple non limitatif, 3) une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel: La figure i est un schéma d'un cycle à effet varia- ble suivant l'invention. La figure 2 est un schéma d'un système à effet va- ?5 riable suivant l'invention. La figure 1 est un schéma d'un système 10 à absorp- ti-n, à désorbeur-résorbeur, à effet variable. Ce système cc-;prend un générateur 12 et un absorbeur 13 à haute tempé- rature, un générateur 14 et un absorbeur 15 à basse tempéra- ture, un condenseur 16, un évaporateur E18, une paire inter- m6diaire constituée par un désorbeur 21 et un résorbeur 22, et une vanne de commande variable dans le circuit du courant de vapeur provenant du désorbeur. Ce schéma est représenté conjointement avec un système de coordonnées dans lequel la température est indiquée en abcisse, en croissant de la qauche vers la droite, et la pression est indiquée en ordon- née, en croissant de bas en haut. Par conséquent la limite supérieure du générateur à haute température 12 se trouve à une température relativement plus élevée que la limite supé- rieure du générateur à basse température 14. On notera ce- pendant que le générateur à haute température 12 et le générateur à basse température 14 peuvent être combinés dans une enceinte unique. Le générateur à basse température 14 est en liaison d'échange thermique avec le résorbeur inter- médiaire 22 par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 24 tel qu'un conduit de chaleur ou similaire, lequel fournit de la chaleur au générateur à basse température 14. De la même façon l'absorbeur à haute température 13 est en liaison d'échange thermique avec le désorbeur intermédiaire 21, par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 26, tel qu'un conduit de chaleur ou similaire. De la chaleur est également récupérée à partir de la solution d'absorbant riche quittant le générateur à haute température 12, par l'intermédiaire d'un échangeur de cha- leur 28 qui est en liaison d'échange thermique avec la solution pauvre pénétrant dans le générateur à basse tempé- rature 14. En outre la solution sortant du résorbeur 22 est en liaison d'échange thermique avec la solution pénétrant dlans le désorbeur 21, par l'intermédiaire d'un échangeur de cnl.leur 29. Fi on se réfère maintenant à la figure 2, on y voit que le générateur à haute température 12 est contenu dans une enveloppe 32 et qu'il est chauffé par les gaz de com- bustion provenant d'un brûleur (non représenté), lesquels s'écouLent à travers un 3changeur de chaleur 19. OIn pourrait aIement utiliser uin échanqeur deL chaleur i faisceau tuhu- laire submerge, à chauffage direct, pour transférer de la chaleur au générateur h haute température 12. De la chaleur est transmise à partir des gaz de combustion dans l'échan- geur de chaleur 19, à une solution d'absorbant pauvre qui est déchargée à partir d'un conduit 34, par l'intermédiaire d'une tête de pulvérisation 36. La chaleur concentre la solution pauvre en dégageant de celle-ci le fluide friqori- gène. Ce fluide frigorigêne passe du générateur à haute température 12, à travers un conduit 38, dans le généra- teur à basse température 14 qui est est logé dans une enve- loppe 31. Le générateur à basse température 14 concentre la solution pauvre qui s'écoule à travers un conduit 42 et une tête de pulvérisation 44. Le fluide frigorigène vaporisé qui provient du générateur à haute température 12 et du géné- rateur à basse température 14 est combiné dans le condenseur 16 et il s'écoule en passant sur des tubes d'échange de chaleur 40 o il est condensé et collecté dans la partie inférieure du condenseur. Le fluide frigorigène condensa est transmis, par un conduit 46, à l'évaporateur 18. Ce fluide frigorigène condensé est refroidi instantanéipnt par la réduction de pression d'un fluide de travail, tel que de l'eau glacée, s'écoulant à travers des tubes 50 dans l',va- porateur 18. Le fluide frigorigène vaporisé dans l'évaporateur 18 passe à travers une ouverture 52 dans une cloison 53 qui sépare l'évaporateur à haute température 18 de l'absorbeur à haute température 13 o il est absorbé par la solution riche fournie à l'absorbeur à haute température 13 à partir d'un conduit 54, par l'intermédiaire d'une tête de pulvérisation 7D 56. La solution, après s'être écoulée en travers de tubes 58, continue à passer entre des tubes 60 dans l'absorbeur à basse température 15. La solution diluée sortant des absor- beurs est pompée à partir de ceux-ci, par une pompe de solu- tion 62, par l'intermédiaire d'un conduit 64, à travers l'échangeur de chaleur 29, un conduit 65 et une tête de pulvérisation 66 dans le ddsorbeur 21. Le fluide frigorigène :r sclution qui pénètre dans le désorbeur 21, est vaporisé a.rtel lement par l'échangeur de chaleur 26 (représenté en trait mixte comme un conduit de chaleur). La solution con- densée restante est pompée, I partir du désorheur 21, par une pompe 68 de la solution à basse température, par l'in- termédiaire de conduits 7],72 et 73, à travers l'échangeur de chaleur 28 et une tête de pulvérisation 4 pour arriver au giénrateur ô basse température]4. La vapeur de fluide friqorigqne provenant du diTsor- beur 21 passe i travers une vanne de commande de capacité 7n, en direction du résorbeur 22, o elle se combine avec la lf solution riche d'absorbant évacuée du générateur à haute température 12 à travers le conduit 30, l'échangeur de cha- leur 28, un conduit 76 et une tête de pulvérisation 78. La commande de capacité pour l'adaptation à la charge est obte- nue en modulant la vanne de commande 70. Par conséquent, lorsque cette vanne de commande 70 est fermée, le système fonctionne en tant que boucle unique. La solution diluée s'écoule à travers des tubes 82 de l'échangeur de chaleur 24 (représenté en trait mixte sous la forme d'un conduit de chaleur) et elle évacue sa chaleur à cet endroit, puis elle s'écoule à travers des conduits 83 et 54 et l'échangeur de chaleur 29, pour être. déchargé finalement à partir de la tête de pulvérisation 56, en complètant ainsi l'écoulement du fluide à travers le cycle. Le système secondaire (non représenté) pour fournir de la chaleur à une charge ou prélever de la chaleur a par- tir de cette charge comporte généralement un serpentin in- terne et un serpentin externe, connus dans la technique, qui sont reliés aux tubes 40,50 et 60 dans la machine à absorption. -q REVENPICATTnNS 1.- Un système de réfriqgration/pompe h chaleur à absorption comprenant une solution d'absorbant unique s'écoulant à travers lui, caractérisé en ce qu'il comprend un premier générateur (12) fonctionnant dans une première -jmmme de températures pour chauffer une solution d'absorbant pauvre, afin de produire une vapeur de fluide frigorigène et une solution riche d'absorbant, un second générateur (14) fonctionnant dans une seconde gamme de températures plus 1n basse que celle du premier générateur (12), afin de chauffer une seconde solution pauvre d'absorbant en vue de vaporiser le fluide frigorigène, un condenseur (16) coopérant avec les premier et second générateurs (12,14)= pour condenser la vapeur de fluide frigorigène qui est produite dans ceux-ci, un évaporateur (18) pour recevoir le fluide frigorigène condensé provenant du condenseur (16), ce fluide frigorigène condensé étant en liaison d'échange thermique avec une sour- ce de chaleur afin de vaporiser le fluide frigorigène con- densé à l'intérieur de l'évaporateur (18), un absorbeur 2E (13,15) pour recevoir le fluide frigorigène vaporisé en provenance de l'évaporateur (18), en combinaison avec une solution riche d'absorbant, afin d'absorber le fluide frigo- rigène dans la solution d'absorbant et de produire une solu- tiin pcuvre,un désorbeur (21) pour recevoir la solution pauvre ainsi produite provenant de l'absorbeur (15) et pour produire une vapeur de fluide frigorigène, un résorbeur (22) pour recevoir la vapeur de fluide frigorigène provenant du désorbeur (21), en combinaison avec la solution forte d'absorbant sortant du premier générateur (12), afin de tq produire une solution de résorbeur, et des moyens (70) pour cc'fn*.:er l'écoulement de la vapeur de fluide frigorigène à partir 'fu désorbeur 2?] ) en direction du résorbeur (22), fin Je commander la capacité du s>stème d'absorption.