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Projet TransPAC, développé en partenariat avec EDF R&D

Une pompe à chaleur transcritique pour des applications industrielles

Les facteurs politiques, environnementaux et économiques imposent dorénavant aux acteurs industriels de se tourner vers la recherche systématique d'économie d'énergie en investissant de plus en plus dans des technologies alternatives de production d’énergie. Parmi ces technologies alternatives, on retrouve la pompe à chaleur (PAC) à compression mécanique de vapeur.

Dans certains secteurs d’activité, notamment le séchage industriel, l’énergie calorifique contenue dans les effluents peut être récupérée et valorisée en implantant une PAC fonctionnant dans les plages de température du procédé. L’analyse exergétique de ce type de procédés montre que les PAC transcritiques sont particulièrement bien adaptées pour valoriser la chaleur à basse température et pour répondre à un besoin à haute température.

Un pilote de laboratoire valide la preuve de concept

Une PAC transcritique de 30 kW chaud fonctionnant au R-32 a été conçue au CES dans le but de valider sa haute performance énergétique. Le dimensionnement de la machine a été réalisé afin de répondre aux conditions opératoires classiques d’une usine de séchage où l’air ambiant, après avoir été préchauffé à 60 °C par un échangeur récupérateur, doit atteindre la température cible de 120 °C. Les effluents (air humide) sont disponibles à 50 °C. Le coefficient de performance (COP) observé est de 3,7 et le rendement exergétique vaut 63 %.

Les perspectives du projet

La preuve de concept a démontré que l’utilisation de composants, conçus pour le CO₂ et disponibles sur le marché, permet la réalisation d’une PAC transcritique. Cette technologie novatrice a été brevetée par le partenaire industriel EDF. Le développement industriel étant jugé réalisable dans un délai court, le CES et EDF travaillent actuellement sur un projet de démonstration à l’échelle industrielle.

Publications :

• Besbes K., "Pompes à chaleur à haute température récupérant la chaleur sur des buées ou de la vapeur d'eau à moyenne température" - Thèse, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, Décembre 2015
• Besbes K., Zoughaib A., De Carlan F., Pereux J.L., "A R-32 transcritical heat pump for high temperature industrial applications" - 24th IIR International Congress of Refrigeration, Yokohama, Japon, August 2015
• Besbes K., Zoughaib A., De Carlan F., Pereux J.L., "Pompe à chaleur transcritique au R-32 pour des applications industrielles" - Revue Générale du Froid, Avril 2015
• Besbes K., Zoughaib A., De Carlan F., Peureux J.L. ; "Exergy based methodology for optimized integration of vapor compression heat pumps in industrial processes" - Purdue University, Etats-Unis, June 2014

Contact : Assaad ZOUGHAIB du CES, centre commun à MINES ParisTech et ARMINES