Brevet FR2572792A1 — publié le 19860509

La présente invention concerne une machine à absorp- tion et plus particulièrement une machine de réfrigéra- tion/pompe h chaleur à absorption perfectionnée utilisant une boucle de désorbeur et une boucle de résorbeur pour accroître le rendement. Dans un système 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 uti- lisent des paires de solutions à haute température qui sont capables de fonctionner aux températures plus élevées du générateur afin d'augmenter le rendement mais qui ne peuvent fonctionner aux températures plus basses de l'évaporateur par suite de la possibilité de congélation et de cristalli- sation du fluide réfrigérant. 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 systbme à simple effet est généralement limité dans le choix des températures de fonctionement haute et basse respectivement dans le générateur et dans l'évapo- rateur. Les cycles d'absorption du type à simple effet com- prennent généralement un générateur pour chauffer une solu- tion d'absorbant pauvre ou relativement diluée, afin de pro- duire une vapeur du fluide frigorigène, un condenseur pour condenser la vapeur du fluide frigorigène, un évaporateur pour évaporer le fluide frigorigène condensé, afin de provo- quer un refroidissement, et un absorbeur pour absorber, dans la solution d'absorbant riche ou relativement concentrée, la vapeur de fluide frigorigène provenant de l'évaporateur. Cependant le rendement thermique (coefficient de performance ou CDP) d'un système h absorption du type à simple effet est relativement bas et habituellement de l'ordre de 0,6 à 0,8. Par conséquent dans le but d'accroître le rendement thermi- que des cycles d'absorption, on a déjà développé des unités à absorption du type à deux étages de générateur dans les- quelles un générateur additionnel est prévu dans le réfrigé- rateur à absorption du type à simple effet, de telle façon que la vapeur à haute température du fluide frigorigène produite dans un premier générateur soit utilisée pour chauffer un second générateur. En général une unité à ab-. sorption du type à deux étages de générateur comprend un générateur à haute température, un générateur à basse tempé- rature, un condenseur, un évaporateur, un absorbeur, 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 chauffage, afin d'évacuer le fluide frigorigène dissous sous la forme de vapeur. En outre, dans une forme d'exécution, la vapeur de fluide frigorigène éva- cuée est transmise à travers un faisceau tubulaire de transfert de chaleur, vers le générateur à basse température afin de chauffer la solution pauvre fournie à partir de l'absorbeur, et tandis que le fluide frigorigène se trou- vant 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 produi- te dans le générateur à basse température est fournie au condenseur et elle est refroidie par le dispositif de ré- frigération de celui-ci puis condensée. Ce fluide frigori- 3n 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 à 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 vapeurdu fluide frigorigène obtenue à partir de l'évaporateur et-fournit une 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 jusqu'à 50/60% 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 simple effet, qui utilise un cycle de générateur à simple effet avec l'addition d'un désorbeur à basse tempé- rature et d'un résorbeur à température intermédiaire. La boucle fonctionne à trois températures dans une gamme de températures et à trois pressions dans une gamme de pres- sions. Dans une forme dtexécution 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. La vapeur de fluide frigorigène provenant du générateur s'écoule à travers un condenseur,o elle est condensée, vers l'évaporateur à basse température, o le fluide frigorigène est vaporisé, et ensuite vers l'absorbeur à pression intermédiaire. La solution pauvre provenant de l'absorbeur à pression intermédiaire s'écoule, à travers un échangeur de chaleur, en direction du désorbeur à basse température qui fonctionne comme-un générateur. La vapeur se dégageant de la solution pauvre dans le désorbeur est réabsorbée dans la solution riche provenant du généra- teur. La solution riche provenant du désorbeur est pompée en arrière vers l'absorbeur et la solution pauvre provenant du résorbeur est pompée en arrière vers le générateur. Ainsi le système contient deux solutions riches, deux solutions pau- vres et deux boucles de solution. 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 de l'évaporateur bien en dessous du point de congélation de l'eau, avec des rendements de chauffage et de refroidis- sement bien supérieurs aux possibilités commerciales actuel- les. Un autre but de la présente invention est de four- nir un système de réfrigération/pompe à chaleur à absorption qui soit capable de fonctionner à des températures du géné- rateur inférieures à celles obtenues avec les possibilités commerciales actuelles. On décrira ci-après,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est un schéma d'un système à absorption à désorbeur-résorbeur suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe schématique d'un système à absorption à désorbeur-résorbeur suivant l'inven- tion. La figure 1 est un schéma d'une machine de réfrigé- ration/pompe à chaleur 10, à absorption, à désorbeur-résor- beur, à double effet. Cette machine comprend un générateur à haute température 12, un condenseur à température intermé- diaire 16, un évaporateur à basse température 18, un absor- beur à température intermédiaire 15, un désorbeur à basse température 21 et un résorbeur à température intermédiaire 22. En outre la machine comprend un échangeur de chaleur à haute température 28, un échangeur de chaleur à basse tempé- -rature 29, et des pompes de solution respectives 68 et 62. Le générateur 12, le résorbeur 22, l'échangeur de chaleur 28 et la pompe de solution 6I forment une première boucle de solution tandis que l'absorbeur 15, le désorbeur 21, l'é- changeur de chaleur 29 et la pompe 62 forment une seconde boucle de solution. Ce schéma est représenté conjointement avec un système de coordonnées dans lequel la température est indiquée en abcisse, en croissant de la gauche vers la droite, et la pression est indiquée en ordonnée, en crois- sant de bas en haut. Par conséquent la limite supérieure du générateur à haute température 12 se trouve à une températu- re et une pression relativement plus élevées que la limite supérieure du désorbeur à basse température 21. De la chaleur est ainsi récupérée, dans la première boucle de solution, à partir de la solution d'absorbant riche quittant le générateur à haute température 12 et pénétrant dans le résorbeur à température intermédiaire 22, par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 28 qui est en liaison d'échange thermique avec la solution pauvre quittant le résorbeur à température intermédiaire 22 et pénétrant dans le générateur à haute température 12. En outre dans la seconde boucle de solution, la solution quittant le désor- beur 21 et pénétrant dans l'absorbeur à température intermé- diaire 15, se trouve en relation d'échange thermique avec la solution quittant l'absorbeur à température intermédiaire 15 et pénétrant dans le désorbeur 21 en passant à travers l'échangeur de chaleur 29. Si 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 échangeur de chaleur 19. On pourrait également utiliser un échangeur de chaleur à faisceau tubu- laire submergé, à chauffage direct, pour transférer de la chaleur au générateur. De la chaleur est transmise, à partir des gaz de combustion dans l'échangeur de chaleur 19, à une solution d'absorbant pauvre qui est déchargée à par- tir d'un conduit 34, par l'intermédiaire d'une tête de pul- vérisation 36. La chaleur concentre la solution pauvre en dégageant de celle-ci le fluide réfrigérant. Ce fluide ré- frigérant vaporisé passe du générateur 12, à travers un conduit 38, dans le condenseur 16. Le fluide frigorigène vaporisé s'écoule en passant sur des tubes d'échange de chaleur 40, traversés par un agent refroidissant, o ce fluide vaporisé est condensé et collecté dans la partie inférieure du condenseur. Le fluide frigorigène condensé est transmis, par un conduit 46, et il est déchargé, par une tête de pulvérisation 48, dans l'évaporateur 18. Ce fluide frigorigène condensé est refroidi instantanément par un fluide de travail, tel que de l'eau glacée, s'écoulant à travers des tubes 50 dans l'évaporateur 18. La charge sur l'eau glacée détermine un taux de vaporisation du fluide frigorigène condense, et le fluide frigorigène non vaporisé est remis en circulation à travers des conduits 13 et 14 et une tête de pulvérisation 35, par une pompe de recircula- tion 11. Le fluide frigorigène vaporisé dans l'évaporateur 18 passe à travers une ouverture 52 dans une cloison 53 qui sépare l'évaporateur 18 de l'absorbeur 15 o il affaiblit la solution riche fournie à l'absorbeur à température inter- médiaire 15 par une tête de pulvérisation 56. La solution riche est pompée, par la pompe de solution 62, à travers les conduits 24,84 et 54, l'échangeur de chaleur 29 et la tête de pulvérisation 56. La combinaison de la solution riche et du fluide frigorigène vaporisé s'écoule à travers les tubes 58 d'un échangeur de chaleur à travers lesquels passent un fluide refroidisseur, et elle est condensée pour former une solution pauvre. Cette solution condensée pauvre sort de l'absorbeur 15 par un conduit 64, en passant à travers l'é- changeur de chaleur 29, un conduit 65 et une tête de pulvé- risation 66, pour arriver au désorbeur à basse température 21. La solution pauvre pénétrant dans le désorbeur 21 est vaporisée partiellement par la chaleur transférée à partir d'un échangeur de chaleur 26 qui est également couplé à la charge de refroidissement ou à l'eau glacée. La solution pauvre non vaporisée qui subsiste et qui se trouve mainte- nant être une solution riche, est pompée, comme il a été indiqué précédemment, à partir du désorbeur 21, par la pompe de solution à basse température 62, à travers les conduits 24,84 et 54, l'échangeur de chaleur 29 et la tête de pulvérisation 56 pour revenir à l'absorbeur 15. Le fluide frigorigène vaporisé provenant du désorbeur 21 s'écoule à travers une ouverture 70 dans une cloison de séparation 71, en direction du résorbeur 22 o il se combine avec la solu- tion riche d'absorbant déchargée à partir du générateur 12 à travers le conduit 30, l'échangeur de chaleur 28, un con- duit 76 et une tête de pulvérisation 78. La vapeur est absorbée par la solution riche sur les tubes 42 d'un échan- geur de chaleur et elle est ensuite pompée à travers les conduits 83,54, 34 et l'échangeur de chaleur 29, par la pompe de solution 68, pour être déchargée finalement à partir de la tête de pulvérisation 56, en achevant ainsi l'écoulement du fluide à travers le système. Le système secondaire (non représenté) pour fournir de la chaleur à une charge ou prélever de la chaleur à par- tir de cette charge comporte généralement un serpentin in- terne et un serpentin externe, connus dans la technique, qui sont reliés aux tubes 42,26,40,50 et 58 dans la machine 2n à absorption. REVENDICATIONS 1.- Un système amélioré de réfrigération/pompe à chaleur à absorption caractérisé en ce qu'il comprend un générateur (12) fonctionnant dans une première gamme de températures pour chauffer une première solution d'absorbant pauvre, afin de produire une première vapeur de fluide fri- gorigène et une premibre solution riche d'absorbant, un condenseur (16) coopérant avec le premier générateur (12) pour condenser la première vapeur de fluide frigorigène, 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 appliquée à l'évaporateur (18) afin de vapo- riser le fluide frigorigène condensé, un absorbeur (15) pour recevoir le fluide frigorigène condensé puis vaporisé en combinaison avec une seconde solution riche d'absorbant, l'absorbeur étant en relation d'échange thermique avec un fluide de refroidissement si bien que la seconde solution riche d'absorbant absorbe le fluide frigorigène condensé puis vaporisé afin de produire une seconde solution pauvre d'absorbant, un désorbeur (21) pour recevoir la seconde solution pauvre d'absorbant, cette seconde solution pauvre d'absorbant étant en relation d'échange thermique avec un fluide de chauffage qui extrait de la chaleur à partie d'une charge, si bien la seconde solution pauvre d'absorbant est vaporisée partiellement en donnant la seconde solution riche de l'absorbant et une seconde vapeur de fluide frigo- rigène, des moyens (62) pour faire circuler la seconde solution riche d'absorbant en direction de- l'absorbeur (15), un résorbeur (22) pour recevoir et mélanger la seconde vapeur de fluide frigorigène avec la première solution riche d'absorbant provenant du générateur (12), le mélange de la seconde vapeur du fluide frigorigène et de la première solu- tion riche d'absorbant étant en relation d'échange thermi- que avec un fluide de refroidissement si bien que -la premié- re solution pauvre d'absorbant est formée, et des moyens (68) pour faire circuler cette première solution pauvre d'absorbant en direction du générateur (12), en vue d'une utilisation dans celui-ci. 2.- Système amélioré de réfrigération/pompe à cha- leur à absorption suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens pour faire circuler la première sofu- tion pauvre d'absorbant comprennent une première pompe de circulation (68) et un premier échangeur de chaleur (28) dans lequel la première solution riche d'absorbant est mise en relation d'échange thermique avec la première solution pauvre d'absorbant. 3.- Système amélioré de réfrigération/pompe à cha- leur à absorption suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens pour faire circuler la seconde solution riche d'absorbant comportent une seconde pompe de circula- tion (62) et un second échangeur de chaleur (29) dans lequel - la seconde solution riche d'absorbant est mise en relation d'échange thermique avec la seconde solution pauvre d'ab- sorbant.