Brevet FR2683301A1 — publié le 19930507

La présente invention concerne en générale, les dispositifs et procédés destinées à la réfrigération ou réchauffage des fluides, et plus particulièrement à un dispositif nouveau de conception dit Réfrigération Mixte Compression-absorption dont le circuit absorption est hermétique. Dans l'état de la technique actuelle les procédés et dispositifs de réfrigération rejetent souvent l'énergie calorifique importante due à la désurchauffe et condensation, d'un fluide réfrigérant, dans l'atmosphère, Une énergie perdue et très couteuse. Le procédé suivant l'invention dit de Réfrigération Mixte par Compression-Absorption hermétique ou non permet de récupérer et employer l'énergie calorifique d'une charge thermique à réfrigérer et son utilisation à la réfrigération de cette mme charge thermique, ou une charge thermique différente. Ce dispositif suivant l'invention permet la récupération et l'emploi de l'énergie calorifique dégagée par la désurchauffe ou condensation d'un fluide réfrigérant issu ou venant d'un Procédé de réfrigération d'une charge thermique, par Compression au moyen d'un autre Procédé de réfrigération dit à absorption dont les besoins en énergie de Fonctionnement pour son cycle de refroidissement sont calorifiques. On remarque l'intért de ce Procédé par les avantages d'une association des deux dispositifs de réfrigération vu que le circuit de réfrigération par compression à un rendement calorifique au générateur du circuit absorption d'environ -25 %-d'énergie calorifique de plus que l'énergie frigorifique fournie. Le circuit dit à absorption à un rapport de 1=1 environ qui veut dire que mme en prenant un coefficient moins bon d'environ 1 = 0, 8 nous arrivons à la conclusion suivante : Pour un dispositif dont les besoins en réfrigération sont de 800 KW, le circuit dit de compression devra faire 400 KW en réfrigération et le circuit dit à absorption va nous donner avec le coefficient précité de 0,8 de rapport d'échange une Puissance en réfrigération de 400 KW, pour couvrir les besoins de la charge thermique. Puissance de réfrigération 400 KW. Gain calorifique au Générateur : 100 KW+400KW = 50OKW Puissance frigorifique. Avec un coefficient appliquée de 0,8 du circuit dit à absorption 400 KW + 400 KW = 800 KW. Ceci donnée à titre d'exemple. L'ensemble du dispositif suivant l'invention fonctionne de la manière suivante, en prenant uniquement à titre d'exempte et non limitatif le fonctionnement d'un refroidisseur de liquides. Le dispositif suivant l'invention, dit à Réfrigération Mixte Compression-absorption est composée d'un dispositif de réfrigération par compression avec comme compresseurs du type voulu, à savoir ; Pistons, vis, centrifuges Scroll, ou tout autre techniques nouvelles, ensuite d'un condenseur desurchauffeur (qui est aussi le générateur du dispositif de réfrigération absorption) d'un évaporateur, réservoir de liquide plus un condenseur complémentaire, les canalisations, et automatismes plus accessoires nécessaires à son fonctionnement. Le dispositif de réfrigération dit à absorption hermétique à simple ou double effet est composée d'un évaporateur, un absorbeur un condenseur, un échangeur de chaleur et un générateur (qui est le desurchauffeur condenseur du dispositif de réfrigération à compression) adaptée aux caractéristiques particulières du fluide réfrigérant du procédé de réfrigération à compression, et pompes régulation et accessoires nécessaires à son fonctionnement ou tout autres techniques nouvelles concernant l'amélioration de son fonctionnement. Le fonctionnement du circuit de réfrigération à compression est le suivant ; Aspiration d'un fluide réfrigérant et compression par les compresseurs adequats et le fluide passe en état de surchauffe. Il est alors canalisé au générateur, adapté aux besoins frigorifiques du circuit absorption comme source d'énergie calorifique, ensuite passage du fluide précité par le condenseur complémentaire, puis détente-évaporation Le fonctionnement du circuit coté absorption hermétique est le suivant : le fluide issu de l'évaporateur est absorbé par le bromure de lithium liquide dans l'absorbeur qui se dissout, la solution est pompée dans l'échangeur de chaleur où elle s'échauffe puis passe dans le générateur où elle s 'échauffe d'avantage sous l'action du fluide surchauffé du circuit de réfrigération dit à Compression. La solution chaude et concentrée en résultant repasse par l'échangeur de chaleur vers l'absorbeur, le fluide évaporé rentre dans le condenseur ou la chaleur d'évaporation est soustraite par un agent de refroidissement mis en circulation dans un condenseur en serpentin et le condensat ainsi formé est retourné à l'évaporateur où on le fait circuler dans un circuit réfrigérant au moyen d'une pompe ; 1'eau est fréquemment utilisé comme réfrigérant, fluide réfrigéré et agent de refroidissement, et la source de chaleur dans le Générateur prévu est le gaz surchauffé d'un fluide réfrigérant, d'un dispositif de réfrigération à compression mise en circulation dans le générateur absorption par le ou. les compresseurs du circuit compression précité. Quand le réfrigérant est l'eau, la solution absorbante est typiquement une saumure hygroscopique telle qu'une solution aqueuse au Bromure de lithium ou chlorure de lithium. Comme il est bien connu cependant, un grand nombre de fluides avec des caractéristiques très diverses peuvent tre utilisées dans les dispositifs de réfrigération par absorption. Dans l'absorbeur et l'évaporateur, le fluide et le bromure de lithium liquide sont pulvérisés sur les tubes d'échange, en vue d'accroître 1'effet de l'échangeur de chaleur. Dans les dispositifs à double effet le générateur et l'échangeur sont dédoublés chacun en un étage haut et un étage bas. Ses dispositifs seront équipées d'un système de purge des gaz incondensables ne nécessitant aucun moteur ces gazs étant automatiquement transférés, en débit continu vers un accumulateur séparé, ceci réduit les risques de corrosion interne. Un essai sous vide garanti un fonctionnement continu, à l'abri des corrosions internes. Le dispositif mixte Compression-Absorption devra tre équipé d'un dispositif automatique pour stabiliser la concentration de la solution eau-bromure de lithium et ainsi réduire les risques de cristallisation ; d'autre part, le dispositif devra tre équipé d'un autre dispositif pour empcher l'excessive dilution de la solution et assurer un niveau correct voulu pour le bon fonctionnement de la pompe. La régulation peut-tre soit pneumatique électrique ou électronique. A titre d'exemple et non limitatif, dans un échangeur de chaleur, ici nommé Evaporateur double suivant l'invention est mise en circulation une charge thermique liquide à refroidir telle qu'une ou plusieurs unités de conditionnement d'air C situées à distance, ou d'un dispositif à refroidir pour un procédé industriel. Cet évaporateur est donc divisé en deux parties distinctes : Une partie pour le fluide réfrigérant du procédé par compression, l'autre partie sera l'évaporateur du dispositif de réfrigération par absorption. Le fonctionnement des procédés de réfrigération par compression sont connus et ne seront pas décrits dans la totalité ; seule la phase compression-Condensation nous intéresse. La compression du fluide réfrigérant créé un fluide en l'état gazeux surchauffé qui est canalisé dans le générateur spécial du procédé par absorption ou le fluide perd par desurchauffe et condensation son énergie calorifique tout en réchauffant la solution diluée pour évaporer le réfrigérant du procédé réfrigéré par absorption, et que la solution concentrée en résultant retourne à l'absorbeur le fluide désurchauffé ou condensé du procédé à compression est alors canalisé hors du générateur et va rejoindre par canalisation un condenseur complémentaire pour une eventuelle condensation complète du fluide réfrigérant. Le fonctionnement du procédé de réfrigération par absorption à partir du réchauffage de la solution diluée pour évaporer le réfrigérant et retour à l'absorbeur de la solution concentrée a été décrit. Les avantages suivant l'invention d'un tel dispositif mixte compression-absorption sont multiples, à savoir : Récupération de l'énergie calorifique du fluide ou autres à réfrigérer et son utilisation à son propre refroidissement par le procédé absorption ou à un refroidissement d'un procédé différent. Dispositifs de réfrigération par compression d'une puissance réduite nécessitant une énergie électrique plus faible d'environ la moitié de la Puissance demandée et en rapport avec la puissance énergétique demandée par le procédé de réfrigération par absorption lequel à son tour délivre une certaine puissance frigorifique, la somme des deux puissances frigorifiques compression-absorption étant la puissance demandée pour-couvrir les besoins de la charge thermique du dispositif ou des dispositifs et procédés à réfrigérer. Régulation de puissance de l'ensemble du procédé par simple régulation du dispositif de réfrigération par Compression, la production frigorifique du coté absorption étant étroitement liée à la production en énergie calorifique du dispositif de réfrigération par compression, et dans les autres cas régulation du dispositif de réfrigération par compression et absorption différents et actionnés par des moyens connus à chacun, avec un dispositif central de commande générale du dispositif. La production d'énergie calorifique du dispositif de réfrigération par Compression est plus élevée de 25 % environ que la production en puissance frigorifique, le dispositif de réfrigération par absorption est calculé en rapport avec cette puissance calorifique fournie et délivre à son tour une puissance frigorifique correspondante. Le procédé Mixte compression-absorption hermétique ou non accepte beaucoup de variantes dans le mode de réalisation des installations et du choix des fluides réfrigérants sans changement notable dans le rendement à obtenir, et peut fonctionner au refroidissement d'un seul dispositif réfrigéré, ou une charge thermique mais aussi il peut fonctionner au refroidissement ou réchauffage de deux ou plusieurs charges thermiques différentes. Suivant l'invention, les refroidisseurs de liquide mixtes compression-absorption hermétique sont destinés en général aux installations de climatisation de grande Puissance communes : * Bâtiments commerciaux ou Industriels, Hôpitaux, Aéroports, Hôtels, Centres administratifs, Industries : Centrales nucléaires. mais aussi tout dispositif spécial ou le procédé de réfrigération mixte compression-absorption peut tre appliqué. Cette liste n'étant pas limitative. Le générateur du procédé d'absorption est spécialement adaptée aux fluides réfrigérants et aux pressions correspondantes tout comme la construction et échantillonnage de matières devra tre en rapport avec les pressions rencontrées. Les fluides réfrigérants utilisées devront tre ceux autorisés par la convention de Montreal. Son fonctionnement suivant l'invention est très économique et plus silencieux, moins de fluide réfrigérant, puisque dans le dispositif absorption on utilise une saumure, habituellement une solution hygroscopique de Bromure de lithium ou des sels similaires. Sur le procédé de réfrigération par absorption, le condenseur, le générateur, l'évaporateur et l'absorbeur sont raccordés formant un circuit fermé et hermétique pour conduire le réfrigérant à la solution absorbante suivant un cycle de réfrigération par absorption. Une tour de refroidissement d'eau est nécessaire pour le refroidissement de 1'eau qui circule dans les échangeurs de chaleur associées à l'absorbeur, le condenseur du dispositif à réfrigération par absorption mais aussi le condenseur complémentaire du dispositif à réfrigération par compression. Le condenseur complémentaire doit, en cas de non fonctionnement du procédé de réfrigération par absorption, pouvoir contenir et absorber la charge calorifique dégagée par la condensation du fluide réfrigérant de son propre dispositif de compression. Le condenseur complémentaire doit tre alimenté en eau de tour. Pour son refroidissement, directement et en premier lieu, les échangeurs de chaleur devront tre alimentés par la suite et dans l'ordre suivant. Absorbeur et condenseur mais avec les moyens appropriés en vannes et canalisations pour pouvoir agir différemment si besoin est. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'tre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. Les dispositifs mixtes Compression-Absorption peuvent fonctionner aussi en procédé inverse c'est-à-dire en récupérateurs de chaleur ou pompe à chaleur et aussi par exemple et non limitatif le circuit de réfrigération à compression en fonctionnement de refroidissement et le circuit absorption en récupérateur de chaleur ou pompe à chaleur. sur les mmes dispositifs ou sur des dispositifs différents. Dans les dispositifs dit mixtes compression-absorption, le procédé absorption peut-tre à double effet, le générateur et l'échangeur sont alors dédoublés chacun en un étage haut et un étage bas pour un rendement maximal de l'ensemble du dispositif. le plan unique (ci-joint) n'est pas limitatif, c'est un exemple du procédé de : réfrigération ou rechauffage ou Pompe à chaleur mixte compression-absorption pour un refroidisseur de liquides avec son dispositif de réfrigération à compression, son dispositif de réfrigération à absorption et le dispositif réfrigéré représenté par la lettre C. Le dispositif de Refroidissement des condenseurs en eau de Tour réfrigérante ses canalisations, Pompes, Vannes est complet, mais non limitatif. La description qui va suivre est en rapport avec le plan unique en se référant aux numéros. Le circuit de réfrigération absorption n'est pas représenté entièrement seulement dans ses grandes lignes et ou 1 représente la 1-Canalisation aspiration des compresseurs, 2 -Les compresseurs, 3-Ligne HP Serpentin de rechauffage du générateur, 5-Condenseur complémentaire, 6-Détente ou détendeur thermostatique ou électronique, 7-Evaporateur dispositif compression, 8-Absorbeur, 9-L'échangeur de chaleur absorption, 10-Condenseur absorption, 11-Serpentin eau, 12-Evaporateur absorption, 13-Canalisation réfrigérant évaporateur, 14-Pompe réfrigérant évaporateur, 15-Pompe réfrigérant absorbeur 16-Bouteille de liquide, 17-Vannes à main 18-Circuit fluide à réfrigérer évaporateur, 19-Pompe à fluide à réfrigérer, 20-Circuit à eau du condenseur, 21 Une ligne interrompue représente un plan imaginaire de démarcation entre les condenseurs 5/10 et le générateur 4,22 Tour de refroidissement d'eau, 23-Représente un plan imaginaire entre les deux évaporateurs 7 et 12 et l'absorbeur. 8,24-Pompe à eau du dispositif de refroidissement eau de Tour, 25-Canalisations eau de tour, 26-Générateur, 27- Filtre canalisation liquide HP, 28-Filtre déshydrateur dispositif dit à compression,. 29-Canalisation HP de By pass,. 30-Virole supérieure des condenseurs, 31-Virole inférieure d'évaporateur. REVENDICATIONS 1-Procédé mixte de réfrigération par compressionabsorption caractérisé en ce qu'il comporte un circuit fermé de réfrigération par compression comprenant : un compresseur, un serpentin de réchauffage du générateur, un condenseur complémentaire, un évaporateur ; un circuit absorption comprenant : un générateur, un absorbeur, un échangeur de chaleur, un condenseur, des pompes, une enceinte renfermant : les évaporateurs, l'absorbeur et l'échangeur de chaleur, dans une deuxième enceinte : le serpentin de réchauffage du générateur, le condenseur absorption et le condenseur complémentaire plus automatismes et accessoires nécessaires à son fonctionnement. 2-Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de réfrigération par compression d'un fluide réfrigérant, lequel fluide surchauffé par compression est désurchauffé ou condensé dans le serpentin de réchauffage du générateur du circuit à absorption et par les moyens connus de réfrigération par compression, il en résulte une production d'énergie frigorifique à l'évaporateur. 3-Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il com- porte une phase de chauffage du générateur du circuit absorption par le fluide surchauffé du circuit compression en réchauffant la solution diluée'et par la suite du déroulement des phases de ce procédé, abouti à la production d'énergie frigorifique dans l'évaporateur à absorption. 4-Dispositif selon l'une quelconque. des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procéde de réfri- gération mixte par compression absorption peut recevoir des procédés de compression tels que compresseurs à pistons, vis centrifuges scroll, ou tout autre système nouveau de compression ainsi que tout nouveau système d'absorption, le fonctionnement et avantages n'en sera pas altérée.