Brevet FR2573184A1 — publié le 19860516

La présente invention concerne une machine à absorp- tion et plus particulièrement une machine de réfrigéra- tion/pompe à chaleur à absorption perfectionnée, à deux boucles couplées entre elles, utilisant deux boucles complè- tes séparées à simple effet. Dans un système à absorption typique à simple effet l'eau peut être le fluide frigorigène tandis que le bromure de lithium peut former généralement l'absorbant, et tous les deux sont appelés une paire de solutions. Certains sys- tèmes utilisent 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 cristallisation des paires de solutions.Par ailleurs d'autres systèmes chimiques qui sont susceptibles de pou- voir fonctionner aux basses températures de l'évaporateur, ne peuvent pas fonctionner aux températures élevées du géné- rateur sans entraîner des problèmes de stabilité. Par consé- quent un système à simple effet est généralement un compro- mis entre les conditions de température de fonctionement haute et basse respectivement dans le générateur et dans l'évaporateur. Les cycles d'absorption bien connus sont principale- ment du type à simple effet et ils comprennent généralement un générateur pour chauffer une solution d'absorbant pauvre ou relativement diluée, afin de produire une vapeur du flui- de frigorigène, un condenseur pour condenser la vapeur du fluide frigorigène, un évaporateur pour évaporer le fluide frigorigène condensé, afin de provoquer un refroidissement, et un absorbeur pour absorber, dans une solution d'absorbant riche ou relativement concentrée, la vapeur de fluide frigo- rigène provenant de l'évaporateur. Cependant le rendement thermique (coefficient de performance ou CDP) d'un système à absorption du type à simple effet est relativement bas et habituellement. de l'ordre de 0,6-0, 7. Par conséquent dans le but d'accroître le rendement thermique des cycles d'ab- sorption, on a déjà développé des unités à absorption du type à double effet dans lesquelles un second générateur est prévu dans l'unité 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 uti- lisée pour chauffer ce second générateur. En général l'unité à absorption du type à double effet comprend un générateur à haute température et un géné- rateur à basse température si bien que la chaleur externe fournie est 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 ther- mique est accru comparativement au système du type à simple effet. Une amélioration de l'unité à absorption du type à double effet a été constituée par le système à deux bou- cles. Le système à absorption décrit dans le brevet US-3 483 710 est une version de la technique antérieure d'un système à deux boucles qui combine une boucle à haute température avec une boucle à basse température. Bien que cette techni- gue antérieure révèle un condenseur à haute température en liaison d'échange thermique avec un générateur à basse température, elle ne précise pas la relation entre les au- tres composants dans les deux boucles. La présente invention concerne un cycle amélioré de réfrigération/pompe à chaleur à absorption, à deux boucles couplées qui utilise deux boucles complètes séparées. Chaque boucle individuelle fonctionne à trois températures dans une gamme de températures et à deux pressions dans une gamme de pressions. Les pressions de l'une ou l'autre des deux boucles peuvent être supérieures aux pressions de l'au- tre boucle suivant les fluides employés. Lorsque les pressions dans le générateur/condenseur sont supérieures aux pressions dans l'absorbeur/évaporateur, les cycles sont les cycles conventionnels que l'on rencontre dans les pompes à chaleur et dans les conditionneurs d'air, et la chaleur est introduite aux deux températures extrêmes de chaque boucle et est rejetée aux températures médianes. Lorsque les pressions sont inversées, l'entrée et le rejet de la chaleur sont également inversés et les cycles forment alors un transformateur de chaleur ou un amplificateur de température. Dans une forme d'exécution préférée l'évaporateur de la première boucle est chauffé par une partie de la chaleur rejetée par le condenseur et l'absorbeur de la seconde bou- cle, tandis que le générateur de la seconde boucle est chauffé par la chaleur totale rejetée par le condenseur et l'absorbeur de la première boucle. En outre puisque le cou- plage entre les deux boucles individuelles s'effectue uni- quement par l'intermédiaire des surfaces d'un échangeur de chaleur, la présente invention permet l'utilisation de com- binaisons séparées de fluide frigorigène/absorbant dans chaque boucle. L'utilisation de combinaisons séparées dans chaque boucle permet l'emploi d'un fluide de travail, dans chaque boucle, qui est mieux approprié aux niveaux de tempé- rature/pression présents dans cette boucle. Par conséquent un but de la présente invention est de fournir un système de réfrigération/pompe à chaleur à absorption qui assure des rendements de chauffage et de refroidissement bien supérieurs aux possibilités commercia- les actuelles. Un autre but de la présente invention est de four- nir un système à absorption qui permet d'étendre la gamme à des températures de fonctionnement à des valeurs supérieures et inférieures à celles obtenues avec les possibilités com- merciales 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 deux boucles suivant l'invention, dans le mode de refroi- dissement. La figure 2 est une vue en coupe schématique d'un système à deux boucles suivant l'invention, dans le mode chauffage. 2573 1 8 4 La figure 1 est un schéma d'une machine à absorption à deux boucles. Cette machine 10 comprend généralement deux boucles à simple effet couplées thermiquement pour permettre un transfert de chaleur entre elles. La machine suivant l'invention comprend une boucle à haute température 12 ou boucle ou étage supérieur, et une boucle à basse tem- pérature 14 ou boucle ou étage inférieur. 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 croissant de bas en haut. Par conséquent la limite supérieure de la boucle à haute température 12 se trouve à une température relativement plus élevée que la limite supérieure de la boucle à basse température 14. On notera cependant que les pressions de la boucle supérieure ne sont pas nécessairement supérieures aux pressions de la boucle inférieure. La boucle de à haute température typi- que 12 comprend un générateur à haute température 15, un condenseur à haute température 16, un évaporateur à haute température 17, et un absorbeur à haute température 18, tandis que la boucle à basse température 14 comprend un générateur à basse température 25, un condenseur à basse température 26, un évaporateur à basse température 27 et absorbeur à basse température 28 un. Les boucles à haute et basse températures sont couplées de telle façon que le condenseur à basse température 26 et l'absorbeur à basse température 28 soient couplés thermiquement avec l'évapora- teur à haute température 17. La somme algébrique de ces trois quantités de chaleur est égale à la chaleur fournie à la charge. Le second point de couplage thermique entre les boucles à haute température et à basse température est réalisé par l'utilisation de la chaleur rejetée à partir de l'absorbeur à haute température et du condenseur h haute température en tant que chaleur d'entrée pour le générateur à basse température. Les conditions de fonctionnement sont choisies de façon que la somme algébrique de ces chaleurs soit nulle. Ainsi la chaleur fournie au générateur à basse température 25 est généralement le double de celle fournie au générateur à haute température 15, ce qui donne un ren- dement thermique accru. Si on se réfère maintenant à la figure 2, on y voit que le générateur à haute température 15 est contenu dans une enveloppe 22 et qu'il est chauffé par les gaz de com- bustion provenant d'un brOleur 20, lesquels s'écoulent à travers un conduit 19. De la chaleur est transmise, à par- tir des gaz de combustion dans le conduit 19, à une solution d'absorbant pauvre qui est déchargée à partir d'un conduit 24. La chaleur concentre la solution pauvre en dégageant de celle-ci le fluide frigorigène. Ce fluide frigorigène vapo- risé passe du générateur à haute température 15, à travers un conduit 29, dans le générateur à basse température 25 qui se trouve dans une enveloppe 31. Le fluide frigorigène vaporisé est condensé dans un conduit 32, à travers une partie du générateur à basse température 25, et il est dé- chargé, par l'intermédiaire d'un conduit 33, dans un échan- geur de chaleur 30 à condensat et solution à basse tempéra- ture. Le fluide frigorigène s'écoule à partir de l'échangeur de chaleur 30 à condensat et solution à basse température, à travers un conduit 82, et il est déchargé à travers une tête de pulvérisation 34 dans l'évaporateur à haute tempéra- ture 17. Le fluide frigorigène condensé dans l'enveloppe 36 est remis en circulation à travers un conduit 37, au moyen d'une pompe 38 de fluide frigorigène à haute température, par l'intermédiaire d'un conduit 39 et à travers une tête de pulvérisation 41, pour revenir à l'évaporateur à haute tem- pérature 17. Le fluide frigorigène vaporisé dans l'enveloppe 36 passe à travers une ouverture 42 dans une cloison 43 qui sépare l'évaporateur à haute température 17 de l'absorbeur à haute température 18 o il appauvrit la solution riche four- nie à l'absorbeur à haute température 18 à partir du géné- rateur à haute température 15, par l'intermédiaire d'un conduit 84, d'un échangeur de chaleur 50 à solution à haute température et d'un conduit 44, par l'intermédiaire d'une tête de pulvérisation 46. Dans la boucle à haute température 12 la solution d'absorbant pauvre dans l'absorbeur à haute température 18 est pompée à partir de ce dernier par une pompe 48 de solu- tion à haute température par l'intermédiaire de conduits 47,49 et 24, à travers l'échangeur de chaleur 50 à solution à haute température, en direction du générateur à haute température 15, en complètant ainsi l'écoulement du fluide à travers la boucle à haute température 12. En fonctionnement le générateur à basse températu- re 25 est en relation d'échange thermique avec le conduit 32 du condenseur à haute température 16 et le conduit de cha- leur 40 de l'absorbeur à haute température 18. Le conduit de chaleur 40 est un échangeur de chaleur en boucle fermée bien connu dans la technique et il sert à assurer un échange de chaleur entre l'absorbeur à haute température 18 et le générateur à basse température 25. Dans la boucle à basse température 14 (ainsi qu'il est représenté sur la figure 1) l'absorbeur à basse tempéra- ture 28 est connecté au générateur à basse température 25 par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 30 à condensat et solution à basse température, par l'intermédiaire des conduits de solution pauvre 51 et 52, et des conduits de solution riche 58 et 59. Le générateur à basse température est relié au condenseur partiel à basse température 26 dans l'enceinte 31, par l'intermédiaire d'un écran anti-buée 86, et à un condenseur partiel à basse température 88 dans l'enceinte 36 par un conduit 73. Les sorties du condenseur à basse température sont reliées à travers un échangeur liquide/vapeur 54, par des conduits 53e55,73 et 77, à une vanne d'expansion 56 et à l'évaporateur à basse température 27 par un conduit 57. Dans la boucle à basse température 14 (représentée sur la figure 1) une solution riche d'absorbant s'écoule à partir du générateur à basse température 25 à travers l'é- changeur de chaleur 30 à condensat et solution à basse tem- pérature, par un conduit jusqu'à la tête de pulvérisation 61 dans l'absorbeur à basse température 28 o elle absorbe le fluide frigorigène et la solution pauvre qui en résulte, est pompée, à travers l'échangeur de chaleur 30 à condensat et solution à basse température et la tête de pulvérisation 62, par la pompe 60 de solution à basse température. De la cha- leur est enlevée du fluide frigorigène vaporisé s'écoulant à partir de l'évaporateur à basse température 27 en direction de l'absorbeur à basse température 28, par l'intermédiaire de l'échangeur liquide vapeur 54. Dans le mode chauffage (comme il est représenté par les flèches en trait plein), un serpentin interne 66 trans- fère de la chaleur à partir du cycle d'absorption 40 en direction de l'espace conditionné, tandis qu'un serpentin externe 68 transfère de la chaleur à partir de l'ambiance externe au cycle d'absorption. Un fluide secondaire est mis en circulation à travers les serpentins interne et externe afin d'obtenir le résultat précédent respectivement par des pompes de boucle 67 et 69 qui sont connectées par l'intermé- diaire d'une vanne double de chauffage/refroidissement 70 à quatre voies. Dans le mode refroidissement (ainsi qu'il est représenté par les flèches en tirets), la vanne de chauffa- 9'e/refroidissement 70 est inversée et les fonctions des serpentins interne et externe sont également inversées. Un récupérateur 75, donné à titre d'exemple, est également représenté et ce récupérateur ajoute à la chaleur fournie à la charge de la chaleur récupérée à partir des gaz de fumée s'échappant du conduit 19 dans le mode 19 chauffa- ge. Une vanne de dérivation 87 est prévue de manière que le récupérateur 75 ne soit pas mis en service-dans le mode de refroidissement. REVENDICATIONS 1.- Un système amélioré de réfrigération/pompe à chaleur à absorption caractérisé en ce qu'il comprend une première boucle (12) du système à absorption pour un fonc- tionnement dans une première gamme de températures, une seconde boucle (14) du système à absorption pour un fonc- tionnement dans une seconde gamme de températures plus bas- ses que celles de la première boucle (12), la première bou- cle (12) comprenant un générateur (15), un condenseur (16), un évaporateur (17) et un absorbeur (18) reliés opération- nellement les uns aux autres, la seconde boucle (14) compre- nant un générateur (25), un condenseur (26), un évaporateur (27) et un absorbeur (28) reliés opérationnellement les uns aux autres, le condenseur (16) de la première boucle (12) et l'absorbeur (18) de la première boucle (12) étant en rela- tion d'échange thermique avec le générateur (25) de la se- conde boucle (14). 2.- Le système amélioré de réfrigération/pompe à chaleur à absorption suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le condenseur (26) de la seconde boucle (14) est en relation d'échange thermique avec l'évaporateur (17) de la première boucle (12). 3.-Le système amélioré de réfrigération/pompe à chaleur à absorption suivant la revendication 2 caractéri- sé en ce que l'absorbeur (28) de la seconde boucle (14) est en relation d'échange thermique avec l'évaporateur (17) de la première boucle (12).