Étude des machines à absorption pour la valorisation de la chaleur fatale basse température

Résumé :

Cette thèse vise à étudier la valorisation des rejets thermiques de basse température (inférieure à 100 °C) par les machines à absorption, dont principalement les transformateurs de chaleur à absorption (AHT) pour générer de la chaleur à une température plus élevée, et les cycles de
réfrigération par absorption (ARC) pour la production de frigories. Les performances des machines à absorption sont exprimées suivant les températures et les COP qu’elles peuvent atteindre. Ces deux paramètres dépendent de l’architecture de la machine, des composants utilisés et de la paire de fluides réfrigérant-absorbant circulant dans la machine. L’objectif principal de ce travail est l’amélioration des performances en termes de COP, et des niveaux de températures atteignables par ces cycles. On cible une nouvelle génération des machines à absorption qui puisse améliorer la valorisation de la chaleur fatale.
Les cycles conventionnels simples, SAHT et SARC qui sont les plus utilisés dans l’industrie, fonctionnent à deux niveaux de pression, mais sont limités par leurs gammes de températures opératoires. Pour cela, toutes les configurations existantes des deux machines sont examinées afin de trouver le ou les architectures répondant aux contraintes demandées. Trois cycles sont retenus, dont le DAHT (transformateur de chaleur à absorption double) et l’EAHT (transformateur de chaleur à absorption-éjection) qui peuvent remplacer le SAHT, et l’EARC (cycle de réfrigération par absorption-éjection) qui peut remplacer le SARC. Les trois cycles obtenus transforme les machines à absorption de l'opération à deux niveaux de pression vers l'opération à trois niveaux de pression.
Indépendamment des architectures des cycles, les machines à absorption existantes rencontrent des problèmes de corrosion prématurée, de cristallisation de sels, de toxicité en cas de fuite et des niveaux de pression contraignants très éloignés de la pression atmosphérique. Ces problèmes sont causés par les fluides conventionnels, l’Eau/Bromure de lithium et l’Ammoniaque/Eau. Des modèles de conception ainsi que des solutions techniques, applicables avec tous les mélanges de fluides organiques, sont proposés. Ces modèles sont implémentés dans des outils d’aide à la décision. Le choix des fluides à tester est basé sur des critères techniques et des critères environnementaux. Le choix des architectures et des paires de fluides de travail des cycles AHT et ARC n’est pas suffisant pour atteindre les objectifs ciblés. Il est donc nécessaire d’étudier les phénomènes qui se déroulent dans les composants des cycles peu étudiés, tels que l’absorption (existante dans tous les cycles à absorption), et le découplage en termes de pression entre l'évaporateur et l'absorbeur. Ainsi, on étudie l'absorption existante respectivement dans l'absorbeur (film tombant) et l'éjecteur liquidevapeur, et la compression existante respectivement dans les éjecteurs liquide vapeur et vapeurvapeur.