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RÉSUMÉ
En utilisant plusieurs sources de chaleur, les convertisseurs thermiques produisent de l’énergie mécanique, du froid ou encore de la chaleur. Le nombre de ces convertisseurs thermiques pour des systèmes dithermes ou trithermes est limité par la thermodynamique. Parmi les solutions les plus intéressantes pour l’énergétique, les systèmes dithermes comme les réfrigérateurs, les pompes à chaleur, les moteurs thermiques, sont bienconnusmais il existe également des systèmes dithermes à compression-absorption. Les systèmes trithermes comprennent les systèmes à sorption ainsi que les systèmes à éjection, notamment le cycle transcritique au CO2à éjection.
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Maxime DUMINIL : Ancien professeur à l’Institut français du froid industriel et du génie climatique au CNAM - Ancien professeur à l’École centrale de Paris - Vice-président de l’Association française du froid (AFF)
INTRODUCTION
Les systèmes thermofrigorifiques, ou consommant de l’énergie thermique, extraient de la chaleur d’une source froide qu’ils restituent à une source chaude tout en consommant de l’énergie thermique à partir d’une troisième source.
Ces systèmes sont nombreux.
On distingue notamment les systèmes thermofrigorifiques dissociables qui sont constitués de deux machines distinctes : le moteur thermique et la machine mécanofrigorifique.
On distingue également les systèmes thermofrigorifiques à éjection, traités en [BE 9 735], où la vapeur de frigorigène est extraite mécaniquement par l’abaissement de la pression qui résulte de la mise en vitesse de cette vapeur dans la partie convergente de l’éjecteur.
Enfin, les systèmes à sorption où l’effet d’aspiration de la vapeur de frigorigène résulte de la mise en présence de cette vapeur et d’une substance qui présente une grande affinité pour les molécules qui la constituent. Lorsque le sorbant est liquide, on a affaire à un système à absorption, traité en [BE 9 735], dont le fonctionnement peut être continu ou discontinu. Le calcul d’un tel système fait l’objet d’un article séparé [BE 9 736].
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- Version courante de juin 2018 par Francis MEUNIER, Pierre NEVEU
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3. Systèmes thermofrigorifiques dissociables
Ce sont les groupements de deux machines thermiques : un moteur thermique et une machine mécanofrigorifique, machines qui peuvent être associées pour produire du froid à partir de l’énergie thermique fournie au moteur mais qui peuvent être séparées l’une de l’autre si besoin est. La figure 1 représente schématiquement un tel ensemble constituant le système thermofrigorifique tritherme. Le coefficient de performance frigorifique de cet ensemble, moteur thermique MT + système mécanofrigorifique SF, est :
avec :
-
![]()
: - énergie mécanique produite par le moteur MT sur son arbre et consommée par l’arbre d’entraînement du système mécanofrigorifique SF (compresseur par exemple) qui lui est associé
-
![]()
: - coefficient de performance frigorifique
![]()
du système mécanofrigorifique SF
-
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: - rendement
![]()
du moteur thermique MT.
du système mécanofrigorifique SF
du moteur thermique MT.Si ces machines sont, l’une et l’autre, parfaites :
On retrouve, directement écrite, la relation ...
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