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Thermodynamique

Les options techniques pour les pompes à chaleur à très haute température (110-130 °C) et à grand écart de températures (chauffage de 75 °C à 120 °C par exemple) et ont identifié les cycles transcritiques comme options techniques permettant d’obtenir des performances élevées. De nombreuses communications et réalisations existent sur l’utilisation de PAC en cycle transcritiques, mais il s’agit d’applications utilisant comme fluide de travail du CO2, l’objectif étant la production d’eau chaude sanitaire à 90 °C maximum et utilisant comme source de chaleur le milieux ambiant (température < 25 °C). De plus, cette application s’adressant aux secteurs résidentiel et tertiaire, les puissances en jeux sont faibles au regard des besoins industriels.

La principale innovation du projet réside dans la mise en oeuvre d’une pompe à chaleur fonctionnant en cycle transcritique avec un HFC ou un HFC insaturé comme fluide de travail. Ceci implique que l’ensemble des composants, et en particulier le refroidisseur de gaz et le compresseur, devront satisfaire les conditions de température et de pression élevées.

En outre, le dimensionnement du refroidisseur de gaz devra faire l’objet d’une attention particulière car d’un côté son comportement en régime transcritique avec le fluide retenu ne peut pas être prédit avec précision vu l’état de connaissances actuelles et d’un autre côté il doit être conçu avec une organisation à contre courant minimisant l’écart de températures entre le fluide thermodynamique et le fluide chauffé tout le long de l’échangeur. Cette dernière contrainte conduit à un développement technologique ad hoc compte tenu de l’importance de l’écart de températures visé entre l’entrée et la sortie. De plus, l’évolution du coefficient d’échange interne ainsi que son ordre de grandeur vis-à-vis de celui obtenu à l’extérieur constitue un défi. Deux cas de fluides chauffés : gaz ou liquide seront considérés.

Une chambre climatique permet de tester différents types de pompes à chaleur et de ballons d'eau chaude sanitaire ainsi que d'autre composants thermodynamiques.

Chambre climatique (-20 °C) du CES

Dans le cas de l'étude des micropompes à chaleur, les chambre climatique classique ne permettent pas d'avoir la précision requise. Le CES a mis au point une mini-chambre climatique pour tester des systèmes thermodynamiques de puissance de l'ordre du 1 kW.

Mini-chambre climatique pour simuler les bâtiment basse consomation.

Pour l'étude des cycles de Rankin organiques, le CES a mis au point plusieurs banc de caratérisation de différents composants d'un cycle ORC, ce banc permet également de tester différents types de fluide de travail. Le projet LOVE a été l'occasion de valider la maîtrise de l'ensemble des composants d'un système ORC par les équipes du CES.

Boucle d'essais de systèmes ORC.

Les photos ci dessous montre les composants du pilote du projet LOVE. Il s'agit des condenseurs à plaques brasés (photo de gauche) et de la turbine produit par la société CryoStar (photo de droite).

Banc d'essais du projet LOVE.

 

Thermodynamique - Mines Paris - PSL
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