Brevet FR2575813A1 — publié le 19860711

Pompe à chaleur du type à absorption La présente invention concerne une pompe à chaleur du type à absorp- tion et, plus particulièrement, une pompe à chaleur du type à absorption qui utilise de l'eau comme réfrigérant et une solution aqueuse de bromure de lithium (LiBr) comme absorbant. Une pompe à chaleur du type à absorption de la catégorie utilisant l'eau et une solution aqueuse de bromure de lithium est par exemple décrite dans la Demande de brevet japonais non examinée publiée sous le n 5563364. Ce système consiste principalement en un évaporateur, un absorbeur, un régé- nérateur et un condenseur. Dans l'évaporateur, de l'eau (réfrigérant) est évaporée au moyen d'une série de tubes de transfert de chaleur dans les- quels passe un premier fluide de chauffage. La vapeur d'eau en provenance de l'évaporateur est absorbée par une solution aqueuse de bromure de lithium (absorbant) placée dans l'absorbeur, si bien qu'un fluide caloporteur que l'on fait passer dans l'absorbeur est chauffé par la chaleur d'absorption qui est engendrée au cours de l'absorption. Dans le régénérateur, l'absor- bant dilué reçu en provenance de l'absorbeur à travers un échangeur de chaleur, est chauffé avec un second fluide de chauffage de manière à ce que l'eau absorbée soit évaporée à partir de l'absorbant. L'absorbant con- centré résultant du processus de régénération est renvoyé, à travers l'échangeur de chaleur précité, à l'absorbeur dans lequel il est réutilisé pour l'absorption de la vapeur d'eau. Dans le condenseur, la vapeur d'eau qui y est introduite en provenance du régénérateur, est refroidie de façon à se condenser, au moyen d'une série de tubes de transfert de chaleur dans lequel on fait circuler un fluide de refroidissement. Dans la pompe à chaleur de l'art antérieur précitée, on effectue l'évaporation de l'eau dans l'évaporateur, indirectement par l'intermé- diaire des tubes de transfert de chaleur dans lesquels on fait circuler le premier fluide de chauffage. Par suite, en vue d'améliorer le degré d'échange thermique entre l'eau et le fluide de chauffage, il est nécessaire d'augmenter en nombre les tubes de transfert de chaleur de manière à augmen- ter la superficie de conduction thermique, ce qui constitue un inconvénient évident sur le plan économique. Un autre problème se présentant avec une telle pompe à chaleur réside dans le fait que même si l'on augmente le nombre des tubes de transfert de chaleur, il reste toutefois inévitable que la température de sortie du fluide de chauffage est plus élevée que la température de la vapeur d'eau produite, la pleine utilisation de la cha- leur du fluide de chauffage étant impossible malgré une différence de température utilisable subsistant encore entre le fluide de chauffage et la vapeur d'eau. Le but de l'invention est de permettre de disposer d'une pompe à chaleur du type à absorption qui soit d'un coût avantageux et qui ait un rendement en service élevé. L'objectif précité est atteint selon l'invention en ce que l'on pro- pose conformément à celle-ci, une pompe à chaleur du type à absorption, caractérisée par le fait qu'elle comprend une unité d'évaporation pour l'évaporation flash d'un réfrigérant alimentant celle-ci une unité d 'absorp- tion dans laquelle la vapeur de réfrigérant issue de l'unité d'évaporation est absorbée par un absorbant liquide avec production de chaleur pour le chauffage d'un fluide caloporteur, une unité de régénération pour concentrer 1 'absorbant dilué issu de 1 'unité d'absorption par chauffage dudit absorbant avec un fluide de chauffage pour évaporer le réfrigérant présent dans l'ab- sorbant de manière à ce que l'absorbant soit réutilisé dans l'unité d'ab- sorption, et une unité de condensation pour condenser la vapeur de réfri- gérant reçue dans celle-ci en provenance de 1 'unité de régénération. Conformément à l'agencement précité, le réfrigérant est soumis à une évaporation flash dans l'unité d'évaporation par utilisation de la chaleur inhérente audit réfrigérant, ce qui évite en conséquence le recours à des tubes de transfert de chaleur qui conduiraient à une utilisation inefficace de la chaleur. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, on fait passer le fluide caloporteur circulant dans l'unité d'absorption, à travers l'unité de condensation, après que ledit fluide ait quitté l'unité d'absorp- tion,- et on le réchauffe par la chaleur de condensation engendrée dans l'unité de condensation. Dans ce cas, le fluide caloporteur sert aussi de fluide de refroidissement pour la condensation, et il capte efficacement la chaleur d'absorption dans l'unité d'absorption ainsi que la chaleur de condensation dans l'unité de condensation. Conformément à un autre mode de réalisation préféré de l'invention, le fluide de chauffage qui circule dans l'unité de régénération est cons- titué par la même substance que le réfrigérant, et après avoir quitté l'uni- té de régénération, ledit fluide de chauffage est soumis à une évaporation flash en tant que réfrigérant dans l'unité-d'évaporation. Cet agencement convient pour constituer une pompe à chaleur fonctionnant à température élevée, car le fluide de chauffage a encore une température suffisamment élevée après avoir quitté l'unité de régénération. La condensation de la vapeur de réfrigérant dans l'unité de condensa- tion peut être avantageusement effectuée en amenant la vapeur de réfrigérant en contact direct avec un liquide de même nature dont l'alimentation se fait par pulvérisation. L'agencement dans ce cas, par opposition avec la pompe à chaleur de l'art antérieur dans laquelle la condensation s'effectue indi- rectement par l'intermédiaire d'un grand nombre de tubes de transfert de chaleur, est de construction simple, d'un coit avantageux et offre une pos- sibilité accrue de diminution de taille. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description suivante de ses modes de réalisation donnés à titre d'exemple indicatifs, mais nullement limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique représentant une forme de pompe à chaleur du type à absorption, conforme à l'invention; et - la figure 2 est une vue schématique représentant un autre mode de réalisation de la pompe à chaleur du type à absorption conforme à l'in- vention. Dans la figure 1 représentant une pompe à chaleur du type à absorp- tion fonctionnant à faible température, le repaire numérique 1 désigne un évaporateur incorporant un organe d'évaporation flash 2. L'organe d'éva- poration flash 2 est alimenté avec de l'eau 4 à 400C, par exemple, en tant que réfrigérant, à travers une soupape réductrice de pression 3, une partie de l'eau 4 étant amenée à s'évaporer lorsqu'elle quitte l'organe d'évapora- tion flash 2. La partie de l'eau 4 restant non évaporée et ayant une tempé- rature abaissée par exemple à 28 C, est évacuée à l'extérieur au moyen d'une pompe 5 (ne pas tenir compte de la partie représentée en traits interrompus). La température de la vapeur d'eau 6 produite dans l'évaporateur 1 est par exemple de 28 C, et la pression à l'intérieur de l'évaporateur 1 est par exemple d'environ 28.105Pa. Dans un absorbeur 7, la vapeur d'eau 6 provenant de l'évaporateur 1 est absorbée par un absorbant constitué par une solution de bromure de lithium, et un courant entrant de fluide caloporteur 8 ayant par exemple une température d'admission de 58 C, est chauffé par exemple à 62 C par la chaleur d'absorption engendrée au cours de l'absorption. La pression à l'in- térieur de l'absorbeur 7 est également d'environ 28.10 Pa. On évacue par pompage l'absorbant 9 dilué, résultant de l'absorp on de la vapeur d'eau 6, hors de l'absorbeur 7, par exemple à 65 C, au moyen d'une pompe 10, puis on le fait passer dans un échangeur de chaleur 11 dans lequel l'absorbant 9 dilué est chauffé par exemple à 100 C, avant d'être ensuite envoyé vers un régénérateur 12. Ce préchauffage de l'absorbant 9 avant son entrée dans le régénérateur 12 est destiné à diminuer les exigences de puissance thermique imposées au régénérateur 12. Dans le régénérateur 12, est présent un fluide de chauffage 16 qui le traverse et dont la chaleur sert à évaporer l'eau absorbée présente dans l'absorbant 9 dilué. L'absorbant 14 concentré résultant du processus de régénération est amené à quitter le régénérateur 12 à une température de sortie, par exemple de 115 C, au moyen d'une pompe 15, et sa température est abaissée par exemple à 80 C, lorsqu'il passe dans l'échangeur de chaleur 11 précité, l'absorbant 14 étant ensuite renvoyé dans l'absorbeur 7, dans lequel il est réutilisé pour le processus d'absorption. La pression à l'in- térieur du régénérateur 12 est de 220.105Pa, et la température de la vapeur d'eau 16 engendrée dans celui-ci est7a 115 C. Les températures d'entrée et de sortie du fluide de chauffage 13 sont par exemple respectivement de 125 C et 120 C. La vapeur d'eau 16 à 115 C en provenance du régénérateur 12 sert à chauffer davantage jusqu'à 65 C par exemple, le fluide caloporteur 8 qui a déjà été chauffé à 62 C par passage dans l'absorbeur 7, la vapeur 16 étant elle-même condensée en eau à une température de 68 C. La pression à l'intérieur du condenseur 17 est également d'environ 200.105Pa. Le condensat 18 est envoyé en tant que source de chaleur dans l'évaporateur 1 au moyen d'une pompe 19. Après être passé dans le condenseur 17, le fluide calo- porteur 8 est envoyé dans un système d'utilisation extérieur non représenté, tel qu'un système de chauffage urbain ou de chauffage central du type à échange de chaleur direct. A titre de variante par rapport à l'agencement précité, l'eau recueil- lie dans l'évaporateur 1 peut être renvoyée via un circuit fermé par la pompe dans l'évaporateur 1 en vue d'une évaporation flash répétée, après passage à travers un refroidisseur 20 de gaz résiduaire représenté par une ligne en traits interrompus. Conformément à cette variante, comme un circuit compléte- ment fermé est formé pour l'écoulement du réfrigérant (eau), il est possible d'éviter la pénétration dans le système de réfrigération, de gaz non conden- sables tels que l'air qui pourraient contribuer à une perte de vide et une détérioration du rendement. Il y a lieu de noter que le bromure de lithium aqueux (absorbant) devient corrosif en présence de l'air, et que pour cette raison également il y a lieu d'éviter la pénétration de l'air. Similairement au mode de réalisation de la figure 1, une pompe à chaleur du type à absorption fonctionnant à température élevée, représentée par la figure 2 comprend un évaporateur 21, un absorbeur 27, un échangeur de chaleur 31, un régénérateur 32 et un condenseur 37. L'évaporateur 21 comprend un organe d'évaporation flash 22 qui est alimenté en une eau 24 à température élevée, par exemple de 85 C, via une soupape réductrice de pression 23, une partie de l'eau 24 ayant la possibi- lité de s'évaporer au moment de quitter l'organe d'évaporation flash 22. La partie de l'eau 24 demeurant non évaporée et ayant sa température abais- sée par exemple à 80 C, est évacuée à l'extérieur au moyen d'une pompe 25 (ne pas tenir compte de la partie représentée en traits interrompus). La température de la vapeur d'eau 26 engendrée dans l'évaporateur 21 est de C, et la pression régnant à l'intérieur de l'évaporateur 21 est de 360.105Pa. 760 Dans l'absorbeur 27, la vapeur d'eau 26 en provenance de l'évapora- teur 21 est absorbée par un absorbant constitué par une solution aqueuse de bromure de lithium, et un courant entrant de fluide caloporteur 28 ayant une température d'admission par exemple de 90 C, est chauffé à 125 C par la chaleur d'absorption dégagée au cours de cette absorption. La pression à l'intérieur de l'absorbeur 27 est également d'environ 360. 105Pa. Le fluide caloporteur 28 est ensuite envoyé dans un système d tilisation extérieur (non représenté) pour être utilisé dans celui-ci. L'absorbant dilué 29 résultant de l'absorption de la vapeur d'eau est amené à quitter l'absorbeur 27 à une température de sortie par exemple de 130 C, au moyen d'une pompe 30, puis il passe dans un échangeur de chaleur 31, dans lequel sa température est abaissée par exemple à 85 C, l'absorbant 29 étant en- suite envoyé au régénérateur 32. On fait passer dans le-régénérateur 32, de l'eau de chauffage 33 ayant une température d'entrée par exemple de 90 C, de manière à ce que l'eau absorbée présente dans l'absorbant dilué 29 soit évaporée sous l'effet de la chaleur de l'eau de chauffage 33. L'absorbant concentré 34 résultantdu processus de régnération quitte le régniérateur 32 à aune température de sortie par exemple de C, puis on le fait passer dans l'échangeur de chaleur 31 précité, dans lequel sa température est augmentée par exemple à 125 C, de manière à s'adapter à la température de service de l'absorbeur 27, l'absorbant 34 étant ensuite renvoyé dans l'absorbeur 27, dans lequel il est réutilisé pour le processus d'absorption. La pression régnant à l'intérieur du régéné- rateur 32 est de 32.105Pa, et la température de la vapeur d'eau 36 dégagée à l'intérieur de cz Oi-ci est de 80 C. L'eau de chauffage 33 demeure tou- jours à une température élevée, par exemple de 85 C, même après avoir quitté le régénérateur 32. L'eau 30 est envoyéetelle quelle, si elleest suffisamment pure, en tant que réfrigérant 24 (eau à température) dans l'évaporateur 21 pour y subir une évaporation flash. Dans le cas o elle est d'une pureté insuffisante, l'eau 33 peut être transférée dans l'évaporateur 21 en tant que source de chaleur pour favoriser l'évaporation flash. Dans le condenseur 37, on amène de l'eau 39, par exemple à 24 C, par pulvérisation à travers un organe pulvérisateur 38, et la vapeur d'eau 36 en provenance du régénérateur 32 se trouve efficacement condensée par contact direct avec l'eau 39 pulvérisée. L'eau condensée 40, par exemple à 30 C, qui a été recueillie, est évacuée à l'extérieur au moyen d'une pompe 41 (ne pas tenir compte de la partie représentée en traits interrom- pus). Dans une variante du mode de réalisation de la figure 2, on peut faire passer l'eau condensée 40, recueillie dans le condenseur 37, via un circuit fermé et au moyen d'une pompe 41, à travers un refroidisseur indi- rect tel qu'un échangeur de chaleur 42 à refroidissement par air, pourvu d'un ventilateur 43, et la renvoyer dans le condenseur 37 pour le processus de condensation, comme représenté par les lignes en traits interrompus. Selon une autre variante encore, l'eau condensée 40 peut être transférée par la pompe 41 dans l'absorbeur 27 en tant que fluide caloporteur 28 et dans un système de chauffage urbain ou de chauffage central non représenté, et être ensuite recyclée dans le condenseur 37 en tant qu'eau de condensa- tion 39. - Il est entendu que les différentes températures mentionnées en rap- port avec les deux mode de réalisation précités ne sont indiquées qu'à titre d'exemple illustratif seulement et que l'on peut mettre en oeuvre l'invention suivant de nombreuses modifications et variantes sans s'écarter du cadre et de l'esprit de ladite invention. REVENDICATIONS 1. Pompe à chaleur du type à absorption, caractérisée par le fait qu'elle comprend une unité d'évaporation (1; 21) pour l'évaporation flash d'un réfrigérant (4; 24) alimentant celle-ci, une unité d'absorption (7; 27) dans laquelle la vapeur de réfrigérant (6; 26) issue de l'unité d'évaporation est absorbée par un absorbant liquide avec production de cha- leur pour le chauffage d'un fluide caloporteur (8; 28), une unité de régé- nération (12; 32) pour concentrer l'absorbant dilué (9; 29) issu de l'unité d'absorption par chauffage dudit absorbant avec un fluide de chauffage (13; 33) pour évaporer le réfrigérant présent dans l'absorbant de manière à ce que l'absorbant soit réutilisé dans l'unité d'absorption, et une unité de condensation (17; 37) pour condenser la vapeur de réfrigérant (16, 36) reçue dans celle-ci en provenance de l'unité de régénération. 2. Pompe à chaleur selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'après avoir quitté l'unité d'absorption (7; 27) le fluide caloporteur (8; 28) passe à travers l'unité de condensation (17; 37) de manière à être réchauffé par la chaleur de condensation dégagée dans celle-ci. 3. Pompe à chaleur selon la revendication 2, caractérisée-par le fait que le fluide caloporteur (8; 28) chauffé en second lieu dans l'unité de condensation (17; 37) est envoyé à un système de chauffage urbain ou de chauffage central. 4. Pompe à chaleur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée par le fait que le réfrigérant en phase liquide recueilli dans l'unité d'évaporation (1) est amené,via un circuit fermé, à travers un refroidis- seur de gaz résiduaires (20), puis renvoyé dans l'unité d'évaporation (1) pour y subir une nouvelle évaporation flash. 5. Pompe à chaleur selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'après avoir quitté l'unité de régénération (12; 32) le fluide de chauffage (13; 33) est soumis à une évaporation flash en tant que réfrigé- rant dans l'unité d'évaporation (1; 21). 6. Pompe à chaleur selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la vapeur de réfrigérant (36) reçue en provenance de l'unité de régénération (32) est condensée dans l'unité de condensation (37) par con- tact direct avec un liquide de même nature (39) introduit dans ladite uni- té par pulvérisation: 7. Pompe à chaleur selon la revendication 6, caractérisée par le fait que le réfrigérant en phase liquide (40) recueilli dans l'unité de condensation (37) est amené, via un circuit fermé, dans un refroidisseur indirect (42), puis renvoyé dans l'unité de condensation (37) pour la con- densation de la vapeur de réfrigérant. 8. Pompe à chaleur selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le refroidisseur indirect est un échangeur de chaleur à refroidis- sement par -air. 9. Pompe à chaleur selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'absorbant dilué (9; 29) envoyé à partir de l'unité d'absorption (7; 27) dans l'unité de régénération (12; 32) et l'absorbant concentré (14; 34) envoyé à partir de cette dernière unité dans l'unité citée en premier lieu, sont soumis à un échange de chaleur dans un échangeur de chaleur (11; 31). 10. Pompe à chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le réfrigérant est de l'eau et que l'absorbant est une solution aqueuse de bromure de lithium.