La production de froid par sorption (absorption liquide) Licence Professionnelle Génie Civil et Construction option Génie Climatique ; Qualité Environnementale Institut Universitaire de Technologie IUT A - Lyon 1 Département Génie Civil 2007-2008 Michel PONS CNRS-LIMSI BP 133 91403 Orsay Cedex
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La production de froid par sorption
(absorption liquide)
Licence Professionnelle Génie Civil et Construction option Génie Climatique ; Qualité Environnementale
Institut Universitaire de Technologie
IUT A - Lyon 1 Département Génie Civil
2007-2008
Michel PONS CNRS-LIMSI
BP 133 91403 Orsay Cedex
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17-18 janvier 2008
IUT A, Département Génie Civil, Villeurbanne
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Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’ Ingénieur
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Laboratoire d’ Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l’ Ingénieur
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5sat 6
Déroulé analytique du cycle (1)À partir du point 4(sortie d’absorbeur) :
1/ compression,
2/ chauffage isostérique* 4-5sat
3/ chauffage avec désorption 5sat-6
(la vapeur désorbée est condensée en 1, l’eau liquide est détendue, puis évaporée en 3)
…* isostérique = à composition x constante.
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1
34
5sat
8sat
6
Déroulé analytique du cycle (2)
À partir du point 6(sortie de générateur)
4/ détente,
5/ refroidissement isostérique* 6-8sat,
6/ refroidissement avec absorption
8sat-4(la vapeur absorbée
provient de l’évaporateur 3).
* isostérique = à composition x constante.
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Performances
• Puissance frigorifique de la machine (kW)les machines à Eau+LiBr occupent la gamme 100-5000 kWfroid.
• Coefficient de performance COP :evap
h
QCOP
Q=
Absorbeur
Condenseur
Evaporateur
Générateur
Qcond
Qevap
Qr
Qh
• Ici aussi, le COP doit être comparé au
COPCarnot.
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COPCarnot (1)
• Seules les températures des sources de chaleur interviennent dans l’expression du COPCarnot.
Absorbeur
Condenseur
Evaporateur
Générateur
Qcond
Qevap
Qr
Qh • Le COPCarnot est celui du cycle tri-therme :- froid produit pour utilisation àTfroid ; - chaleur motrice apportée à Th ; - rejets (condenseur, absorbeur) à Tamb .
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COPCarnot (2)
• On écrit le premier principe :
etle second principe :
on remplace Qcond+Qr, on remarqueque Wpomp est négligeable, on pose ΔiS=0 (le cycle de Carnot est réversible), et on obtient :
1 1
1 1amb h
Carnot
froid amb
T TCOP
T T
−=
−
0evap h cond r pompQ Q Q Q W+ + + + =
0evap h cond ri
froid h amb
Q Q Q Q ST T T
++ + + Δ =
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Rendement second-principe (exergétique)
• Le rendement second principe (dit aussi rendement exergétique)
est le rapport du COP au COPCarnot :
ηII = COP / COPCarnot .
• Ce rendement est forcément inférieur à 1
[ηII = 1 pour cycle réversible (idéal, non-réel)]
[ηII proche de 0,5 pour les technologies « avancées »qui ont déjà fait l’objet d’une optimisation].
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TD sur cycle frigorifique
à absorption liquide Eau+LiBr
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TD sur cycle frigorifique
à absorption liquide Eau+LiBr
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La source àtempérature intermédiaire reçoit de la
chaleur, celles à haute et à
bassetempératures
en fournissent.
1
3
4
5sat
8sat
6
Tracé du cycle
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Amélioration des cycles frigorifiques
à absorption liquide Eau+LiBr
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Évaporateur
La solution (chaude) sortant du générateur cède de sa chaleur sensible à
la solution (tiède) sortant de l’absorbeur.
Absorbeur
GénérateurCondenseur
Absorbeur
Condenseur
Evaporateur
Générateur
Échangeur Échangeur de chaleur
Récupération interne de chaleur sur la solution
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Cycle à double-effet
AVERTISSEMENT ! Dans les pages suivantes, le cycle double-effet
est présenté dans le diagramme de Oldham avec des niveaux de température et pression
tout-à-fait irréalistes.
Le principe et le schéma du cycle double-effetsont, eux, tout-à-fait corrects.
Mon propos est d’exposer ce principe et ce schéma, en conservant le même diagramme
qui vous est maintenant familier.
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Cycle à double-effet
Absorbeur
Générateur MP
Absorbeur
Condenseur
Evaporateur
Générateur
Générateur HP
Condenseur HP
Absorbeur
Condenseur MP
Evaporateur
Générateur MP
Générateur HP
Condenseur HP
Évaporateur
Condenseur MP
En ajoutant un générateur et un condenseur haute pression (HP), la chaleur dégagée par ce dernier fait fonctionner « gratuitement » le générateur moyenne
pression (MP).
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Cycle à double-effet avec récupération chaleur interne
En plus du double-effet, toutes les récupérations internes de chaleur sensibles peuvent aussi être faites
(ici deux échangeurs solution / solution)
Absorbeur
Générateur MP
Générateur HP
Condenseur HP
Absorbeur
Condenseur MP
Evaporateur
Générateur MP
Générateur HP
Condenseur HP
Échangeur
Échangeur
Évaporateur
Condenseur MP
Échangeur de chaleur
Échangeur de chaleur
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Quelques exemples de COP
Sources de chaleur à 85, 35 et 5°C• COP cycle simple effet sans récupération : 0,67• COP cycle simple effet avec récupération : 0,8
Sources de chaleur à 60, 25 et 5°C• COP cycle simple effet avec récupération : 0,87
Sources de chaleur à 100, 30 et 5°C• COP cycle simple effet avec récupération : 0,86
Combinaison des deux derniers• COP cycle double effet avec récupération : 1,52
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Quelques vues de
machines Eau+LiBr industrielles
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Millenium York (photo)
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Millenium York (schéma)
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Trane-Classic (photo)
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Carrier et Broad (photos)
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Ce à quoi vous avez échappé :
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Les cycles et machines NH3+H2O
• Au générateur, de la vapeur d’eau part avec la vapeur d’ammoniac :
il faut un rectifieur pour les séparer.
Absorbeur
Condenseur
Evaporateur
Générateur
Échangeur
Échangeur
• Pour températures < 0°C, pour cycles avancés (GAX).
• Souvent avec échangeur de chaleur entre NH3 liquide sortie condenseur et vapeur sortie évaporateur.
• Construites à l’unité.
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Les cycles triple-effet
• Ils consistent à rajouter un troisième effet
au cycle double effet (!).
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Les cycles GAX(Generator-Absorber heat-eXchanger)
• Les cycles à sorption liquide les plus avancés, les plus efficaces.
Absorbeur
Condenseur
Evaporateur
Générateur
Échangeur
Échangeur
• Un fluide caloporteur supplémentaire assure des échanges à contre-courant de l’absorbeur vers le générateur.
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et …
• Les aspects économiques,• La maintenance, • Les sources d’énergie,• etc…
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Remerciements …
à vous, tout d’abord, pour votre attention,
et aussi à Jean Castaing-Lasvignottes(Maître de Conférences à l’Université de Pau et
des Pays de l’Adour, UPPA, Pau) pour son cours très complet sur
les systèmes à absorption liquide : http://jc.castaing.free.fr/ens/abs/abscours.pdf.
Autre lien : http://neveu.pierre.free.fr/enseignement/abs_liquide/cours.html.